MIT: Roboter-Glühwürmchen kommunizieren über leuchtende künstliche Muskeln

Ein Wissenschaftsteam des MIT lässt künstliche Muskeln leuchten, um damit Roboter-Glühwürmchen im Flug tracken zu können.

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Das Roboter-Glühwürmchen des MIT kann Lichtsignale aussenden.

(Bild: MIT)

Von
  • Oliver Bünte

Ein Forscherteam am Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat winzige fliegende Roboter-Glühwürmchen entwickelt, die über weiche künstliche Muskeln für den Flügelschlag verfügen. Die elektrolumineszenten Muskeln geben im Flug farbiges Licht ab, über das mit geringem Energieaufwand eine Kommunikation und Tracking möglich ist.

Glühwürmchen nutzen ihr natürliches Leuchten im Flug zur Kommunikation, um etwa Partner oder Beute anzulocken oder Fressfeinde abzuwehren. Das haben sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des MIT zum Vorbild genommen und einen insektengroßen fliegenden Roboter entwickelt, der ebenfalls Leuchtsignale aussenden kann.

"Wenn man an große Roboter denkt, können sie mit vielen verschiedenen Mitteln kommunizieren – Bluetooth, drahtlos, all diese Dinge. Aber für einen winzigen Roboter mit begrenzter Leistung müssen wir über neue Kommunikationsmethoden nachdenken. Dies ist ein wichtiger Schritt, um diese Roboter in Außenbereichen fliegen zu lassen, in denen wir kein gut abgestimmtes, hochmodernes Bewegungsverfolgungssystem haben", sagt Kevin Chen, Hauptautor der in IEEE Robotics and Automation Letters veröffentlichten Studie "FireFly: An Insect-Scale Aerial Robot Powered by Electroluminescent Soft Artificial Muscles".

Die Mini-Roboter sind so klein und leicht, dass sie keine Sensoren tragen können. Statt sie mit Infrarotkameras zu verfolgen, was im Freien nur fehlerhaft funktioniert, setzt das Wissenschaftsteam deshalb auf das Licht, das die künstlichen Insekten aussenden. Nach Angaben der Forscherinnen und Forscher sei es gelungen, sie anhand des emittierten Lichts mit nur drei Smartphone-Kameras zu verfolgen.

Die Forscher haben dazu winzige elektrolumineszente Zinksulfat-Partikel in die künstlichen Muskeln eingebettet. Die Muskeln treiben die Flügel des Roboters an. Sie bestehen aus ultradünnen Elastomer-Schichten, die abwechselnd mit Kohlenstoffnanoröhrchen-Elektroden aufeinandergestapelt und zu einem Zylinder zusammengerollt sind. Beim Anlegen einer hohen elektrischen Spannung drücken die Elektroden das Elastomer zusammen und bewegen den Flügel, beschreibt das Wissenschaftsteam die Funktion. Das starke, hochfrequente elektrische Feld regt zusätzlich die Zinkpartikel zum Leuchten an.

Das Video zeigt, wie die leuchtenden künstlichen Muskeln im Roboter-Glühwürmchen genutzt werden.

"Traditionell sind elektrolumineszente Materialien sehr energieaufwendig, aber wir bekommen die Elektrolumineszenz gewissermaßen kostenlos, weil wir nur das elektrische Feld mit der Frequenz nutzen, die wir zum Fliegen brauchen. Wir brauchen keine neuen Antriebe, keine neuen Drähte oder sonst etwas. Es braucht nur etwa 3 Prozent mehr Energie, um Licht zu erzeugen", sagt Chen.

Die künstlichen Muskeln wurden durch die Beimengung der Zinksulfat-Partikel zwar 2,5 Prozent schwerer, allerdings ohne die Flugleistung dadurch merklich zu beeinflussen. Durch Änderungen an der chemischen Zusammensetzung können die Forscher unterschiedliche Lichtfarben für den jeweiligen künstlichen Muskel generieren und durch Maskierung Lichtmuster wie etwa einen MIT-Schriftzug erzeugen.

Das Tracking der Roboter-Glühwürmchen erfolgt über Apple iPhones mit einer Software durch Auswertung der Lichtfarbe. Dadurch könne die Position auf zwei Millimeter genau erfasst werden und damit genauso gut wie deutlich kostspieligere Infrarot-Bewegungssysteme, schreibt das Forscherteam.

Die Entwicklung ist jedoch noch nicht am Ende. Um die Roboter-Glühwürmchen in Echtzeit verfolgen zu können, stehen weitere Verbesserungen an. Zusätzlich wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Roboterinsekten so ausbauen, dass sie das Licht ein- und ausschalten können, um darüber eine komplexere Kommunikation zu ermöglichen – wie echte Glühwürmchen.

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(olb)