Wärme treibt synthetische Roboraupe voran

Synthetische Raupe auf Wanderschaft (Foto: engineering.princeton.edu, Frank Wojciechowski)

Princeton/Raleigh (pte010/10.05.2024/11:30) - Ingenieure der Princeton University ( https://www.princeton.edu/ ) und der North Carolina State University ( https://www.ncsu.edu/ ) haben die uralte japanische Papierfaltkunst Origami mit modernen Thermo-Werkstoffen kombiniert, um einen weichen Roboter zu entwickeln, der sich mit Leichtigkeit durch Labyrinthe schlängelt. Diese Art von Robotern ist schwer zu steuern, da Lenkvorrichtungen oft deren Steifigkeit erhöhen, sodass die Flexibilität darunter leidet. Das neue Design überwindet dieses Problem, weil das Lenksystem direkt in den Körper des Roboters eingebaut ist, sagt Princeton-Postdoc Tuo Zhao.

Segmente arbeiten unabhängig

Zhao und seine Kollegen haben den Roboter aus modularen, zylindrischen Segmenten aufgebaut. Sie arbeiten unabhängig voneinander und können zu längeren Einheiten zusammengefügt werden. Durch seine Fähigkeit, sich während der Fahrt zusammenzusetzen und aufzuteilen, kann er als einzelner Roboter oder als Schwarm arbeiten. Alle Segmente tragen zu seiner Fähigkeit bei, vorwärts und rückwärts zu kriechen. Dabei kann er Fracht transportieren.

Der Experte arbeitet im Labor von Princeton-Forscher Glaucio Paulino, der Origami für eine Vielzahl von technischen Anwendungen einsetzt - von medizinischen Geräten bis hin zu Systemen für die Luft- und Raumfahrt sowie das Bauwesen. "Wir haben einen bio-inspirierten Plug-and-Play-Roboter aus weichem, modularem Origami geschaffen, der durch elektrothermische Betätigung mit hochgradig biegsamen und anpassungsfähigen Heizungen aktiviert wird", so Paulino.

Durch Faltung in die Kurve

Der Roboter ist aus zylindrischen Segmenten zusammengesetzt, die eine Origami-Form haben, das sogenannte Kresling-Muster. Dieses ermöglicht es jedem Segment, sich zu einer abgeflachten Scheibe zu verdrehen und sich wieder zu einem Zylinder auszudehnen. Diese Dreh- und Ausdehnungsbewegung ist die Grundlage für die Fähigkeit des Roboters, zu kriechen und die Richtung zu ändern. Durch teilweises Falten eines Abschnitts des Zylinders kann dieser sich auch seitlich bewegen.

Die Formänderung, Voraussetzung für die Fortbewegung, gelingt durch die Kombination zweier Materialien, die bei Erwärmung unterschiedlich schrumpfen oder sich ausdehnen, durch ein Flüssigkristall-Elastomer und ein Polyimid. Diese Kombination haben Forscher an der Hochschule in Raleigh ersonnen. Sie ist in dünnen Streifen auf den Segmenten befestigt. Angetrieben werden sie durch eine steuerbare dehnbare Heizung aus einem Silbernanodraht-Netzwerk. Elektrischer Strom erwärmt die Streifen, sodass sie sich verbiegen. Wird er abgeschaltet, nehmen sie ihre alte Form wieder ein. Durch dieses Wechselspiel bewegt sich die synthetische Raupe und kommt voran.

(Ende)