Roboterfloh krabbelt und springt sehr hoch

Ein Wissenschaftsteam der chinesischen Beihang University in Peking hat einen Roboterfloh entwickelt, der das 87-fache seiner eigenen Körperlänge weit springen kann. Um die dafür nötige Kraftentwicklung in dem nur 3,4 mm langen Roboter aufzubauen, nutzen sie eine elektrische Hochspannungsentladung.

"Wir haben uns von Flöhen in der Natur inspirieren lassen, die trotz ihrer geringen Größe ein enormes Potenzial entfalten und fast das Hundertfache ihrer Körperlänge springen können. Dieses Kunststück ist bisher noch niemandem auf dem Gebiet der Robotik gelungen", sagt Ruide Yun, Doktorandin an der Beihang University, die an der Studie "A 3.4-Millimeter Flea-Sized Robot With Powerful Jumping and Fast Crawling Locomotion", die in IEEE Robotics and Automation Letterns veröffentlicht ist, beteiligt war.

Den Wissenschaftlern gelang es jedoch, dem Roboter flugähnliche Sprungfähigkeiten zu verschaffen. Dazu schufen sie einen Sprungantrieb, der ähnlich wie ein Kolbenmotor funktioniert und eine große Menge an Energie auf einmal freisetzen kann.

Hohe Sprungkraft

Die Energie setzt der Antrieb über eine elektrische Hochspannungsentladung frei, die zwischen positiven und negativen Elektroden in einer winzigen Kolbenkammer erzeugt wird. Dabei wird die Luft im Inneren der Kammer erwärmt, dehnt sich aus und bewegt den Kolben. Nach der Entladung kühlt die Luft in der Kammer wieder ab und der Kolben kehrt wieder in seine Ursprungsposition zurück. Danach kann die nächste Entladung erfolgen. Der Roboterfloh kann so krabbelnd fortbewegen und springen.

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Die Wissenschaftler führten den kleinen Roboter in verschiedenen Experimenten an seine Grenzen heran. So konnte er bis zu 296,25 mm weit und 156,28 mm hoch springen. Das entspricht dem 87-fachen seiner eigenen Körperlänge und dem 45-fachen seiner Körperhöhe. Auf ebener Fläche erreichte der Roboterfloh eine Krabbelgeschwindigkeit von mehr als 46 Körperlängen pro Sekunde. Dabei nutzt er die asymmetrische Reibung aus, die zwischen seinen Beinen und dem Boden entsteht.

Die Wissenschaftler waren nach eigenen Angaben von der Leistungsfähigkeit des Roboters überrascht. "Wir hätten nie erwartet, dass der Roboter so hoch wie ein natürlicher Floh springen und gleichzeitig eine gute Kriechleistung zeigen würde", sagte Yun. Entsprechend könne der Roboterfloh in Zukunft aufgrund seiner geringen Körpergröße, seiner hohen Fortbewegungsgeschwindigkeit und seiner Anpassungsfähigkeit für Detektions- und Aufklärungsanwendungen eingesetzt werden.

Bis es so weit ist, müssen jedoch noch einige Einschränkungen an dem Prototyp behoben werden. Der Roboter ist zurzeit noch auf eine Drahtverbindung angewiesen, über die die hohen Spannungen fließen, um ihn zum Springen und Krabbeln zu bringen. Auch lässt er sich noch nicht gezielt in unterschiedliche Richtungen steuern. Die Forschenden sind jedoch zuverlässig, dass Letzteres durch den Einsatz mehrerer Antriebseinheiten gelingen kann.

(olb)