Winzige Roboter-Krabbe Der kleinste ferngesteuerte Laufroboter aller Zeiten

Von Maria Beyer-Fistrich

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Forscher der Northwestern University in Illinois, USA haben den laut eigenen Angaben bisher kleinsten ferngesteuerten Roboter entwickelt. Der winzige Bot hat die Form einer Krabbe und kann laufen, sich biegen und drehen, springen sowie sich umdrehen.

Forscher haben den bisher kleinsten ferngesteuerten Roboter entwickelt.
Forscher haben den bisher kleinsten ferngesteuerten Roboter entwickelt.
(Bild: Northwestern University )

Die Roboter-Krabbe misst weniger als einen halben Millimeter. Roboter mit Abmessungen in solchen Bereichen werden für Anwendungen immer interessanter, wie etwa für die Reparatur hochkomplexer Systeme, die sich in beengten Räumen befinden, oder zukünftig minimalinvasive chirurgische Eingriffe. Für den Einsatz in winzigen Robotern steht nur eine begrenzte Anzahl an Materialien zur Verfügung, die den Anforderungen gerecht werden. In der neuen Studie der Forscher geht es vor allem um grundlegende Forschungsfragen zu Herstellung und Antrieb der Mini-Roboter.

„Die Robotik ist ein spannendes Forschungsgebiet, und die Entwicklung von Mikrorobotern ist ein interessantes Thema für die akademische Forschung“, sagte John A. Rogers, der die Experimente leitete. „Man kann sich Mikroroboter als Agenten vorstellen, die kleine Strukturen oder Maschinen in der Industrie reparieren oder zusammenbauen, oder als chirurgische Assistenten, um verstopfte Arterien zu reinigen, innere Blutungen zu stoppen oder Krebstumore zu entfernen – alles in minimalinvasiven Verfahren.“

Formgedächtnis als Durchbruch

„Unsere Technologie ermöglicht eine Vielzahl von kontrollierten Bewegungen und kann sich mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von einer halben Körperlänge pro Sekunde bewegen“, erklärt Yonggang Huang, der für die Theorie hinter den Experimenten zuständig ist. „Das ist für terrestrische Roboter in so kleinem Maßstab sehr schwierig zu erreichen.“

Die Krabbe, die kleiner ist als ein Floh, wird nicht durch komplexe Hardware, Hydraulik oder Elektrizität angetrieben. Stattdessen liegt die Kraft in der elastischen Spannkraft des Körpers. Für den Bau des Roboters verwendeten die Forscher eine Formgedächtnislegierung, die sich bei Erwärmung in ihre „erinnerte“ Form zurückverwandelt. In diesem Fall verwendeten die Forscher einen Laserstrahl, um den Roboter an verschiedenen Stellen seines Körpers zügig zu erhitzen. Eine dünne Glasschicht bringt den entsprechenden Teil der Struktur beim Abkühlen elastisch in seine Form zurück.

Inspiriert durch Kinderbücher

Wechselt der Roboter von einer Phase in die andere – von der verformten in die erinnerte Form und wieder zurück –, bewegt er sich fort. Der Laser steuert den Roboter nicht nur aus der Ferne, um ihn zu aktivieren, sondern die Laserabtastrichtung bestimmt die Laufrichtung des Roboters. Je kleiner der Roboter wird, desto schneller kann er sich bewegen, weil durch die winzigen Strukturen die Abkühlungsrate sehr hoch ist.

Für die Herstellung griffen Rogers und Huang auf ihre eigene acht Jahre alte Technik zurück, zu der sie ein Kinderbuch inspiriert hatte: die Pop-up-Montage. Die Strukturen der Krabbe wurden zunächst flach angelegt. Die Forscher klebten diese Vorstufe dann auf ein gedehntes Gummisubastrat. Wird das Substrat entspannt, faltet sich die Struktur in eine vorher festgelegte Form. Diese Herstellungsmethode erlaubt den Forschern, winzige Roboter zukünftig in vielen verschiedenen Formen und Größen herzustellen.


Die Studie erschien am 25. Mai.

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