Origami als Kraftquelle für Robotermuskeln

Ein Forschungsteam der Harvard University und des Massachusetts Institute of Technology hat einen künstlichen Muskel entwickelt, der sich um mehr als 90 Prozent seiner ursprünglichen Länge zusammenziehen kann und dabei bis zu 600 Kilopascal Zugspannung erzeugt. Die Wissenschaftler um Shuguang Li heben in der Zeitschrift PNAS zudem hervor, dass diese Muskeln rasch und kostengünstig hergestellt werden können, was die Tür zu vielfältigen Anwendungen in unterschiedlichen Größenordnungen öffne, von medizinischen Miniaturrobotern, über tragbare Exoskelette bis zu Weltraumrobotern.

Drei Elemente seien für die Konstruktion des Muskels nötig, so die Forscher: Den Kern bildet ein faltbares Skelett. Dies ist umgeben von einer flexiblen Hülle, die wiederum im Ruhezustand mit einem Medium, Gas oder Flüssigkeit, gefüllt ist. Um den Muskel zu aktivieren, wird das Medium abgepumpt, die Hülle kontrahiert, faltet dabei das Skelett zusammen und erzeugt dadurch eine durch die Faltung vorgegebene Bewegung.

Ähnlich wie im Origami, der Kunst des Papierfaltens, aus einem Bogen Papier eine verblüffende Vielfalt zwei- und dreidimensionaler Figuren erzeugt werden kann, lassen sich auf diese Weise auch entsprechend vielfältige Bewegungen realisieren. Die Forscher dokumentieren das mit mehreren Fotos und Videos. Allerdings kann ein auf diese Weise konstruierter Muskel immer nur diese eine, durch die Faltung vorgegebene Aktion durchführen.

Über dem Niveau natürlicher Muskeln?

Die fehlende Flexibilität werde aber durch den einfachen und billigen Herstellungsprozess ausgeglichen, so die beteiligte Forscherin Daniela Rus im Gespräch mit The Verge. Man könne sich den jeweils benötigten Muskel rasch selbst bauen. Dafür könnten verschiedene Materialien verwendet werden. In der Studie versprechen die Forscher zudem, dass sich mehrere Muskeln zu flexibleren Systemen mit mehreren Freiheitsgraden zusammenfügen ließen.

Ob diese Versprechungen auch den Anforderungen der Praxis außerhalb des Labors standhalten, bleibt abzuwarten. Auch manche Messwerte sind mit Vorsicht zu genießen. So heißt es etwa in der einleitenden Zusammenfassung der Studie, dass der Muskel mit einer Leistungsdichte von 2 kW/kg das Niveau natürlicher Muskeln erreichte oder sogar übertreffe. Weiter unten weisen die Autoren dann in einem Nebensatz darauf hin, dass bei der Berechnung dieses Wertes das Gewicht der erforderlichen Druckquelle und der Leitungsrohre nicht berücksichtigt worden sei. (axk)