Mikrofluidik

Autonomer Krakenroboter kommt ohne Elektronik aus

| Autor: Sebastian Gerstl

Der von Harvard-Technikern entwickelte Octobot, hier im Größenvergleich mit einer SD-Karte. Der Roboter verfügt über keine herkömmliche Elektronik, statt dessen basieren seine inneren Logikschaltkreise auf Mikrofluiden.
Der von Harvard-Technikern entwickelte Octobot, hier im Größenvergleich mit einer SD-Karte. Der Roboter verfügt über keine herkömmliche Elektronik, statt dessen basieren seine inneren Logikschaltkreise auf Mikrofluiden. (Bild: Lori Sanders / Harvard University)

Ein Harvard-Team aus Maschinenbauern und Mikrofluidik-Experten hat mit Hilfe eines 3-D-Druckers einen neuartigen "weichen" Roboter entwickelt. Der einem Kraken nachempfundene "Octobot" ist hochflexibel, kommt ohne Batterie aus und nutzt Mikrofluide an Stelle üblicher elektrischer Schaltkreise.

Das Forschungsteam der Harvard University hat sich dem Thema "Soft Robotics" verschrieben – die Entwicklung von Robotern, die vollkommen aus der vollständig aus weichen, elastischen Materialien bestehen und ohne "harte" Bestandteile wie Gehäuse, Platinen oder Batterien auskommen. Solche autonom agierenden Automaten könnten deutlich besser in Bereichen eingesetzt werden, in denen "starre" Technologe hinderlich ist. etwa in Gebieten mit extrem hohen Druckbedingungen oder in der Medizintechnik, speziell im Inneren des Körpers.

Wie die Forscher in einer im Fachmagazin Nature veröffentlichten Machbarkeitsstudie ausführen, ist es Ihnen nun erstmals gelungen, einen nicht-kabelgebundenen, autonom agierenden Weichkörperroboter zu entwickeln und einzusetzen. "Unsere Forschungen zeigen, dass wir leicht in der Lage sind, die Schlüsselkomponenten eines einfachen, komplett weichen Roboters zu fertigen, der als Grundlage für künftige, komplexere Designs dienen kann," sagt Robert Wood, Charles River Professor of Engineering and Applied Sciences der Havard University und einer der Hauptautoren der Studie.

Alle funktionstragenden Komponenten des Roboters stammen aus einem 3-D-Drucker, darunter Flüssigkeitsspeicher, Energieversorgung und Aktuatoren. Als Vorlage für die Form diente ein Kranke, da diese Tiere in der Natur große Kraft sowie Flexibilität besitzen und dabei ohne ein inneres Skelett auskommen.

Der Betrieb des an Harvard entwickelten "Octobots" ist pneumatisch gestützt: Chemische Reaktionen im Inneren des 3-D-gedruckten Roboterkörpers wandeln einen flüssigen Treibstoff, in diesem Fall Wasserstoffperoxid (H2O2), in Gas um, dass den Körper und die Arme des Krakenroboters wie bei einem Ballon "aufbläst".

Bislang mussten auch weiche Roboter für ihre Kraftstoffquellen oder Stromversorgung auf starre Komponenten wie Batterien zurückgreifen oder kabelgebunden agieren. "Das schöne an der Verwendung von Wasserstoffperoxid," erklärt Michael Wehner, Post-Doc im Labor von Robert Wood und erstgenannter Co-Autor der Studie, "ist, dass eine einfache Reaktion zwischen der Chemikalie und einem Katalysator – in diesem Fall Platin-Partikel – es uns erlaubt, starre Stromquellen zu ersetzen."

Um die Reaktionen zu steuern, nutzen die Forscher einen Logik-Schaltkreis, der auf Mikrofluiden basiert. Dieser Schaltkreis, der ähnlich wie ein einfach aufgebauter elektrischer Oszillator funktioniert, regelt, wann das Wasserstoffperoxid im Inneren des Roboters in Gas umgewandelt wird.

Bislang haben die Forscher gezeigt, dass Sie durch die Kombination aus 3-D-Druck, Mikrofluidik und Maschinenbau in der Lage sind, vergleichsweise leicht und schnell einen vollständig aus weichen Materialien bestehenden Roboter zu fertigen und dessen Körper und Arme einzeln zu steuern. Die Machbarkeitsstudie soll als Grundlage für kommende, komplexere Modelle dienen. Als Nächstes möchten die Harvard-Forscher auf dieser Grundlage einen ähnlichen Roboter entwickeln, der auch in der Lage ist zu krabbeln, zu schwimmen und mit seiner Umgebung zu interagieren.

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