Physische Intelligenz: Roboter-Nudel entkommt selbstständig Labyrinth

Ein Softroboter aus speziellen Elastomeren in Form einer Rotini-Pasta rollt auf heißen Untergründen und ändert seine Laufrichtung.

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Sieht aus wie eine Nudel und bewegt sich auf heißen Untergründen selbstständig: ein Softroboter (Bildmitte).

(Bild: Yin Lab@NCSU)

Von
  • Oliver Bünte

Keine Motoren, keine Ansteuerungselektronik und keine Software benötigt ein Softroboter in Gestalt einer längeren Rotini-Pasta, die ein Forscherteam der North Carolina State University und der University of Pennsylvania gemeinsam entwickelt hat. Der Softroboter bewegt sich allein aufgrund seines strukturellen Aufbaus und der verwendeten "intelligenten" Materialien und kann selbstständig Hindernisse umrollen.

Der Softroboter hat die Form eines in sich gedrehten Bandes und erinnert in seiner Form an eine Rotini-Pasta. Er besteht aus durchsichtigen Flüssigkristall-Elastomeren, wie das Forscherteam in Proceedings oft he National Academy of Sciences in dem Paper "Twisting for Soft Intelligent Autonomous Robot in Unstructured Environments" darlegt.

Das Video zeigt, wie der Softroboter seine Richtung ändern und einem Labyrinth entkommen kann.

Grundsätzlich bewegt sich der Softroboter rollend vorwärts. Dazu muss der Untergrund jedoch mindestens 55 Grad Celsius heiß sein und damit deutlich über der Umgebungstemperatur liegen. Dann zieht sich der Teil des Bandes, der die heiße Oberfläche berührt, zusammen. Der Teil, der der kühleren Luft ausgesetzt ist, tut das nicht. Dadurch kommt es zu einer Rollbewegung des Softroboters. Je heißer der Untergrund ist, desto schneller die Vorwärtsbewegung. Dazu ließen die Forscherinnen und Forscher den Roboter über ein Autodach, einen Grill, Sand und Steine rollen. An der heißesten Stelle beschleunigt sich das Rollen, wie im Video zu sehen ist.

Trifft der rollende Softroboter auf ein Hindernis, kann er ihm ohne Eingriffe von außen selbstständig ausweichen. Dabei hängt es davon ab, mit welchem Teil seines Körpers der Roboter auf das Hindernis trifft. Stößt er mit einem der beiden Enden an ein Hindernis, dann dreht sich der Softroboter um das Hindernis und umrollt es. Trifft er dagegen mit seiner Körpermitte auf ein Hindernis, dann setzt er die im bogenförmigen Körper gespeicherte Verformungsenergie schnell frei, sodass er sich in die entgegengesetzte Richtung ausrichtet und dortin rollt. Immer funktioniert das allerdings nicht. Mitunter sind dafür mehrere Anläufe notwendig. Denn je weiter von der Körpermitte er auf ein Hindernis trifft, umso weniger ausgeprägt ist dieser Mechanismus. Im letzten Fünftel kommt dann der andere Mechanismus zum Zug.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler setzten ihren Softroboter in ein kleines Labyrinth, um die beiden Mechanismen auszuprobieren und zu überprüfen, ob der Softroboter selbstständig den Ausgang "finden" kann. Das gelang nach dem Zufallsprinzip recht flott.

Jie Yin, Professorin für Maschinenbau, Luft- und Raumfahrttechnik an der North Carolina State University und Mitautorin des wissenschaftlichen Papers sagt, dass bereits vorher Versuche mit glatten Stäben gemacht wurden. Beim Auftreffen auf ein Hindernis sei der Roboter dann aber auf der Stelle gerollt. Erst durch die veränderte Form als in sich gedrehtes Band, könne der Roboter die beiden Aktionen zur Bewegungsänderung durchführen, ohne dass "menschliches oder computertechnisches Eingreifen" nötig ist.

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(olb)