Beinloser Soft-Roboter springt hoch und weit
Einen Soft-Roboter, der ohne Beine hoch, weit und energieeffizient springen kann, haben chinesische Robotik-Wissenschaftler entwickelt.
Der Soft-Roboter arbeitet elektro-hydrostatisch und kann kleine Hindernisse überspringen.
(Bild: Chongqing University (Screenshot))
Ein Team von Robotik-Wissenschaftlern unter der Leitung von Rui Chen, Professor für Maschinenbau an der Chongqing Universität in Zentralchina, hat einen beinlosen, elektro-hydrostatisch bewegten Soft-Roboter entwickelt, der rund 7,7-mal so hoch wie seine eigene Höhe und pro Sekunde etwa 6-mal so weit wie seine eigene Körperlänge hüpfen kann.
Der von dem Team entwickelte Soft-Roboter ist lediglich 6,5 cm lang und wiegt 1,1 g, wie aus dem im Wissenschaftsmagazin Nature Communications veröffentlichten Paper hervorgeht. Nach Angaben von Chen habe man sich bei der Entwicklung des Roboters an der Natur orientiert und bewusst einen springenden Roboter ohne Beine entwickeln wollen.
Roboter mit Beinen benötigen einen komplizierten Sprungmechanismus mit Gelenken und weisen damit eine hohe Masse auf. Solche Roboter seien dadurch nicht besonders stromlinenförmig und könnten nicht energieeffizient springen. Dies könne bei beinlosen Robotern vermieden werden. Chen verweist als ein Beispiel aus der Natur auf wurmförmige Gallmückenlarven, die bis zum 36-fachen ihrer Körperlänge weit springen können, indem sie Klebeflächen an Kopf und Schwanz zusammenpressen, ihren Körper hydraulisch unter Spannung versetzen, um sich dann abzustoßen.
Schnell und weit springen
Ein ähnliches Prinzip verwendet auch der Frisbee-förmige Roboter des Teams von Chen, der auf einem weichen elektro-hydrostatischen Biegeaktor basiert (soft Electrohydrostatic Bending Actor – sEHBA). Der Roboter besteht weitgehend aus einem vorgeformten Kunststoffring und zwei dazwischenliegenden halbkreisförmigen Kunststoffbeuteln, in denen sich in der hinteren Luft und in der vorderen eine dielektrische Flüssigkeit gleichen Volumens befinden und mit Elektroden verbunden sind.
Über das Anlegen einer hohen Spannung von bis zu 10 KV an die Elektroden drücken die Maxwell-Kräfte die dielektrische Flüssigkeit in den vorderen Bereich des Kunststoffbeutels, sodass vorderes und hinteres Ende buckelartig zusammenkommen. Der unter Biegespannung stehende Gesamtrahmen lässt den Roboterkörper dann in die Luft treiben. Beim Sprung wird die elastische Energie des Ringrahmens schnell freigesetzt, wie im Paper ausgeführt wird. Der Vorgang bis zum Sprung soll etwa 10 ms dauern. Die dielektrische Flüssigkeit fließt dann zurück und der Roboter nimmt wieder seine ursprüngliche Form an und landet.
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Das Team von Chen erreichte so eine Sprungweite von maximal 1,43 Körperlängen. Pro Sekunde konnte der Roboter mehrfach hüpfen und so eine Weite von rund 6 Körperlängen bei einer Sprunghöhe von etwa dem 7,68-fachen der Körperhöhe springen. Der Roboter kann verschiedene Hindernisse wie Steine und Kabel überwinden, performte jedoch auf Glasflächen aufgrund der geringeren Haftung schlechter. Das Team ist der Ansicht, dieses Problem durch Elektro-Adhäsion lösen zu können. In Zukunft wolle man an der Größe des Roboters arbeiten und ihn in anderen Umgebungen einsetzen.
Chen sieht den Soft-Roboter, im Vergleich zu anderen Robotern, die ebenfalls ohne Beine springen können, gut aufgestellt. Der eigene Roboter könne schnell hintereinander springen und würde eine verhältnismäßig hohe Sprunghöhe bei kontrollierter Sprungrichtung erreichen.
(olb)
