Octobot: Durchbruch bei den Weichrobotern

Octobot. Die Reaktionsprodukte des katalytischen Zerfalls von Wasserstoffperoxid sorgen über mikrofluidische Kanäle für Bewegung. Bild: Wyss Institute.

Der erste vollständig weiche Roboter streckt seine Tentakel aus

Ein Wissenschaftler-Team der Universitäten Havard und Cornell hat in Nature den ersten autonomen und dabei durch und durch weichen Roboter vorgestellt. Auf Batterien und elektronische Schaltkreise wurde komplett verzichtet, ebenso auf Verbindungen zur Außenwelt. Verbaut wurden ausschließlich weiche Materialien. Hinsichtlich seiner Fähigkeiten befindet er sich noch in einem Embryonalstadium, doch die Schöpfer sehen durchaus sein revolutionäres Potential.

Das relativ junge Betätigungsfeld der "soft robotics" versucht, mittels weicher und deformierbarer Materialien sowie dem Ersatz sperriger Komponenten wie Batterien und elektronischer Bauteile durch weiche Systeme mit gleicher Funktionalität zu komplexen Designs vorzustoßen, herkömmlichen rigiden Robotern ebenbürtig. Die verwendeten Materialien sind dabei meist preisgünstiger als die Bauelemente klassischer Roboter.

Auf weiche Roboter warten Einsatzfelder, die ihren starren Kollegen verwehrt bleiben könnten. Doch auf dem Weg dahin gilt es, einige technische Probleme in den Griff zu bekommen. So lassen sich weiche und verformbare Strukturen steuerungstechnisch nur schwer beherrschen. Bisherige Entwicklungsstadien weicher Roboter waren außerdem stets mit externen Kontrollsystemen und Energiequellen verkabelt und deshalb noch nicht vollständig weich. Mit Octobot wurde diese Grenze überwunden.

Octobot: Fußball-Orakel aus dem 3D-Drucker oder Vorläufer eines essbaren Roboters? Bild: Wyss Institute

Kraken gelten in der weichen Robotik seit Beginn als ein Vorbild. Denn obwohl sie kein Innenskelett besitzen, sind sie zu außerordentlichen Leistungen in der Lage und entwickeln eine faszinierende Geschicklichkeit.

Auch die biologisch inspirierten Roboter-Ingenieure des von Jennifer A. Lewis und Robert J. Wood geleiteten Havard-Teams fühlten sich vom Oktopus angesprochen. Octobot ist das Ergebnis einer Machbarkeitsstudie, mit der die Robotiker ihre Fähigkeit demonstrieren, durch integriertes Design in Kombination mit einer additiven Fertigungsstrategie autonome Funktionalität erfolgreich einbetten zu können.

Der Octobot hat ein pneumatisch betriebenes Innenleben. Die Zerfallsreaktion seines Treibstoffs Wasserstoffperoxid in Wasserdampf und Sauerstoff liefert große Mengen Gas, die seine Tentakel bewegen. Die Reaktion am Platinkatalysator ersetzt die Batterie. Eine mikrofluidische Logik-Kombination als weiches Gegenstück eines einfachen elektronischen Oszillators kontrolliert dabei die Zersetzung des Wasserstoffperoxids und leitet das entstandene Gas in vier Arme des Octobots, die durch den pneumatischen Druck gleichzeitig aufgepumpt werden. Das wird abwechselnd mit den restlichen vier Armen wiederholt, so dass zu jedem Zeitpunkt jeder zweite Arm aufgeblasen ist.

Der Körper des Octobots und die mikrofluidische Logikschaltung wurden mittels Formgießen und weicher Lithografie hergestellt. Alle funktionalen Bestandteile wie Treibstofftanks, Reaktionskammern sowie die pneumatischen Antriebsnetzwerke wurden mittels eingebettetem Multi-Material-3D-Druck hergestellt. Die geschaffenen fluidischen und elastomeren Strukturen verknüpfen dabei den Mikro- mit dem Makromaßstab. Die Kombination der drei unterschiedlichen Fertigungsprozesse erlaubt eine schnelle Herstellung und soll demnächst für komplexere Anordnungen sorgen.

Vorbild Krake: Octopus vulgaris. Bild: Albert Kok/public domain

Trotz der bisher eher minimalistischen Fähigkeiten und noch weit entfernt vom intelligenten und planvollen Verhalten seines Vorbilds aus der Natur sehen die Konstrukteure in ihrem Octobot einen Umbruch, der neue Wege öffnen könnte. Fortentwicklungen weicher Roboter könnten besser geeignet sein, sich in schwerem Gelände fortzubewegen oder unbekannte Objekte aufzunehmen und damit zu hantieren. Mögliche Anwendungen ausgefeilterer Modelle könnten Rettungsaktionen und Erkundungstouren sein, bis hin zu weichen Endoskopen in biomedizinischen Anwendungen.

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