Wie weiche Roboter schneller und kräftiger werden können
Weiche Roboter sind konstruktionsbedingt nicht besonders kräftig und eher langsam. Eine Designveränderung könnte sie schneller und stärker werden lassen.
(Bild: North Carolina State University)
Auf kurzen Strecken können Geparde Geschwindigkeiten von mehr als 100 km/h erreichen und gelten damit als die schnellsten Landtiere. Ihre Sprintstärke verdanken sie nicht nur ihren kräftigen Beinen, sondern auch der biegsamen Wirbelsäule. US-Forscher haben sich davon inspirieren lassen, um Roboter aus weichen Materialien (soft robots) schneller laufen und fester zupacken zu lassen.
In ihrer Studie, die jetzt in der Zeitschrift Science Advances erschienen ist, benennen die Forscher um Jie Yin (North Carolina State University) die Fortbewegung sowie die Manipulation schwerer Objekte als die großen Schwachpunkte weicher Roboter: "Schnelle Fortbewegung erfordert üblicherweise schnelle Reaktionszeiten, starke Kraftentfaltung, hohe Energiedichte und sehr präzise Bewegungen der Aktuatoren", schreiben sie. "Roboter mit weichem Körperbau zeigen dagegen typischerweise schwache Kräfte, starke Verformungen und langsame Reaktionen." Abhilfe versprechen sie sich von einem neuen Designprinzip: Statt, wie bisher, einen grundsätzlich stabilen Körperbau anzustreben, schlagen sie eine bistabile Konstruktion vor.
Wechsel zwischen stabilen Zuständen
Die Wissenschaftler berufen sich dabei auf den Galopp als die schnellste und effizienteste Art der Fortbewegung bei Vierbeinern. Hierbei wechsle die Wirbelsäule der Tiere ständig zwischen zwei stabilen Zuständen: gebogen und gestreckt. Eine solche bistabile Wirbelsäule bildeten sie in einem 7 Zentimeter langen und 45 Gramm schweren weichen Roboter nach, indem sie zwei Glieder durch eine vorgespannte Feder miteinander verbanden. "Wir können rasch zwischen den stabilen Zuständen wechseln, indem wir Luft in die Kanäle des Silikon-Roboters pumpen“, erklärt Yin in einer Mitteilung seiner Universität.
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Auf diese Weise ließen sich mit dem Roboter Geschwindigkeiten von 2,7 Körperlängen pro Sekunde erreichen – mehr als dreimal so viel wie bisher mit weichen Robotern möglich war. Mit Flossen statt Füßen ausgestattet konnte der Roboter auch im Wasser mit 0,78 Körperlängen pro Sekunde den bisherigen Rekord für weiche Roboter (0,7 KL/s) überbieten. Außerdem testeten die Forscher ihr Konzept mit einem Zwei-Finger-Greifer. Mit 11,4 kg konnte der etwa das 180-fache Gewicht eines einzelnen Fingers heben. Durch Variation der Steifheit der Feder ließ sich die Griffstärke anpassen, sodass auch empfindliche Objekte damit gegriffen werden konnten. Anwendungen ihres neuen Designkonzepts sehen Yin und sein Team daher nicht nur in der Rettungsrobotik, sondern auch bei Industrierobotern. (olb)
