Schießende Pflanze als Vorbild für Robotersprünge

Hamamelis-Pflanze, die Samenkörner verschießt (Foto: pixabay.com, manfredrichter)

Durham (pte001/29.08.2023/06:00) - Springen ist bisher nicht gerade die Paradedisziplin von Robotern. US-amerikanische Forscher der Duke University ( https://duke.edu ) wollen das ändern und einen eigens entwickelten Mechanismus nutzen, um Robotern den Weitsprung beizubringen, der diese auch über Hindernisse hinwegkatapultieren könnte. Die Hamamelis-Pflanze, die zur Familie der Zaubernussgewächse gehört, könnte das Vorbild daür sein. Sie kann ihre Samenkörner mit rund neun Metern pro Sekunde (32,4 Kilometer pro Stunde) abschießen. Die Forschungsergebnisse ( https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsif.2023.0234 ) wurden kürzlich im "Journal of the Royal Society Interface" publiziert.

100.000 Bilder pro Sekunde

Um herauszufinden, wie die Pflanze ihr Katapult aufgebaut hat, filmten der Biomechanik-Doktorand Justin Jorge und Sheila Patek, Professorin für Biologie, den Abschussvorgang von drei verschiedenen Pflanzen. Da die Samenkörner in einer halben Millisekunde auf Höchstgeschwindigkeit gebracht werden, arbeiteten sie mit Ultrazeitlupe: 100.000 Bilder pro Sekunde.

Die Bilder zeigten, dass sich die Kapsel, in die das Samenkorn eingesperrt ist, beim Trocknen zusammenzieht und dieses einklemmt. So wird eine gewaltige Spannung aufgebaut, die sich ab einem bestimmten Schwellenwert mit einem Schlag löst, woraufhin ein Samenkorn herausgeschleudert wird. "Der Vorgang lässt sich mit dem Abschießen des Kerns einer Wassermelone vergleichen, die zwischen den Fingern eingeklemmt wird und plötzlich losfliegt", so Jorge.

Gewicht der Körner ohne Einfluss

Es stellte sich heraus, dass die Samenkörner unabhängig von ihrem Gewicht mit der gleichen Geschwindigkeit abgeschossen werden. Dabei bringt das schwerste zehnmal mehr Gewicht auf die Waage als das leichteste. Das liegt daran, dass die Kapselgröße derjenigen des darin eingesperrten Samenkorns entspricht, sodass mal mehr und mal weniger Spannung aufgebaut wird.

"Wenn wir an federnde Dinge denken, stellen wir uns normalerweise Gummibänder, Spulen oder Sportbögen vor", sagt Jorge. "Aber in der Natur haben wir viele seltsame, komplexe Formen, die ebenfalls elastische Kräfte aufbauen. Vielleicht haben diese Formen Vorteile, die wir nutzen können, um das Design von Kunststofffedern zu verbessern, wie sie in kleinen springenden Robotern verwendet werden." Erst Anfang des Jahres haben US-Forscher einen kleinen Hightech-Roboter entwickelt, der ebenfalls große Sprünge macht, wie pressetext ( https://www.pressetext.com/news/20230124014 ) berichtete.

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