Flugroboter repariert kaputte Flügel selbst

Roboter mit Selbstheilungskräften im Größenvergleich (Foto: Yi-Hsuan Hsiao, mit.edu)

Cambridge (pte021/16.03.2023/11:30) - Inspiriert von der Widerstandsfähigkeit der Hummeln haben Forscher des Massachusetts Institute of Technology ( https://www.mit.edu )(MIT) ein Verfahren entwickelt, mit dem wanzengroße fliegende Roboter schwere Schäden an ihren künstlichen Muskeln reparieren können. "Wir haben viel Zeit damit verbracht, die Dynamik weicher, künstlicher Muskeln zu verstehen. Und wir haben ein Maß an Widerstandsfähigkeit gegenüber Schäden erreicht, das mit dem von Insekten vergleichbar ist", so MIT-Forscher Kevin Chen.

Hummelflügel als Vorbild

Hummeln sind nicht die besten Flieger. Sie stoßen schon mal an, wenn sie zwecks Futteraufnahme auf einer Blüte landen. Das tut ihren Flügeln gar nicht gut. Doch trotz vieler winziger Risse und Löcher in ihren Flügeln können Hummeln immer noch fliegen. Flugroboter hingegen sind nicht so belastbar. Mit Löchern im Antriebssystem stehen die Chancen ziemlich gut, dass diese abstürzen.

Die winzigen rechteckigen Roboter, die in Chens Labor entwickelt werden, wiegen kaum mehr als eine Büroklammer. Die Flügel an jeder Ecke werden von dielektrischen Elastomeraktuatoren angetrieben, bei denen es sich um weiche künstliche Muskeln handelt, die mechanische Kräfte nutzen, um die Flügel schnell schlagen zu lassen. Sie bestehen aus Elastomerschichten, die zwischen zwei hauchdünne Elektroden eingeklemmt werden. Wird eine Spannung angelegt, beginnt das Elastomer zu flattern. Mit Strom wird der winzige Roboter von außen über hauchdünne Kabel versorgt.

Balanceakt mit Kohlenstoffröhren

Treten Schäden auf, können diese durch Anlegen einer höheren Spannung repariert werden, der Flügel heilt sich quasi selbst. Dieser Effekt ist zwar nicht neu, doch Chen und sein Team haben ihn optimiert. Als Elektroden setzen sie Kohlenstoffnanopartikel ein, superstarke, aber extrem kleine Moleküle, die die Form von Röhren haben. Es galt, die Menge an Kohlenstoffmolekülen zu reduzieren, um den Energiebedarf für die Reparaturen zu senken. "Wir mussten den optimalen Punkt zwischen der Menge an Kohlenstoffröhren und dem Energiebedarf für den Reparaturmechanismus finden", sagt Chen. Auch mit perforierten Flügeln könne der Winzling noch fliegen.

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