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Der Roboter kann mehrere Zweige an vorprogrammierten Knoten ausbilden.
Der Roboter kann mehrere Zweige an vorprogrammierten Knoten ausbilden.(Foto: Hawkes et al., Sci. Robot. 2, eaan3028 (2017))
Freitag, 21. Juli 2017

Klebrige Strecke kein Problem: Wurmroboter bewegt sich durch Wachstum

Ein bizarrer Wurmroboter könnte sich als sehr nützlich erweisen: Er bahnt sich schnell einen Weg über Hindernisse, sogar durch Klebstoff. Das ließe sich für Rettungseinsätze, bei der Erkundung unzugänglicher Räume oder in der Medizin nutzen. Wie funktioniert er genau?

Forscher haben einen Roboter mit ungewöhnlicher Fortbewegung entwickelt: Die wurmartige Kunststoffapparatur erreicht Orte, indem sie wächst. Dadurch kann sie etwa klebrige Passagen überwinden, sich durch schmale Ritzen quetschen oder sonstige schwierige Umgebungen meistern - mit einer Geschwindigkeit bis 36 Kilometer pro Stunde. Elliot Hawkes und seine Kollegen von der Stanford University (US-Staat Kalifornien) verwenden einen weichen Kunststoffschlauch, der sich durch hineingepumpte Luft aufbläht. Damit könne man etwa in Wohnungen Gashähne zudrehen oder Brände löschen, erläutern sie im Fachmagazin "Science Robotics".

Der wachsende Roboter navigiert in einem Labyrinth.
Der wachsende Roboter navigiert in einem Labyrinth.(Foto: L.H. Blumenschein/dpa)

Vorbild für den weichen Roboter ist die Natur: "Bestimmte Zellen und Organismen durchsteuern ihre Umgebungen nicht durch Fortbewegung, sondern durch Wachstum", schreiben die Wissenschaftler. Dazu zählen etwa Kletterpflanzen und Nervenzellen, die durch Gewebe wachsen, um sich zu verknüpfen.

Aufgeblasener Schlauch

Der Roboter besteht aus zwei Bereichen: die Basis mit Luftpumpe, Steuerventilen und einem zusammengefalteten Schlauch aus Polyethylen auf einer Spule. Der zweite Bereich ist der aufgeblasene Schlauch: Denn wird Luft hineingepumpt, stülpt der sich an der Spitze um und wird zu einer Art langem, flexiblem Luftballon mit einigen Zentimetern Durchmesser. In einem Versuch brachten die Forscher den Wurmroboter auf eine Länge von 72 Metern. Der Druck, mit dem die Luft hineingepumpt wird, bestimmt die Geschwindigkeit des Wachstums. Wird Luft herausgepumpt, zieht sich die Roboterspitze zurück.

Der Roboter "wächst" in eine Radioantenne.
Der Roboter "wächst" in eine Radioantenne.(Foto: E.W. Hawkes/dpa)

Zudem lässt sich das Gerät präzise steuern. Dazu hat das Team kleine Luftkammern an den Seitenwänden eingebaut. Soll sich die Roboterspitze nach links bewegen, wird rechts mehr Luft hineingepumpt. Dadurch vergrößert sich die rechte Seite, die Spitze biegt nach links. Kleine Blechhaken in den Steuerungskammern, die einrasten können, sorgen dafür, dass der Schlauch in der gewünschten Krümmung stabil verharrt. Mit einer kleinen Kamera an der Spitze und einer entsprechenden Ablaufsteuerung kann sich der Roboter sogar selbstständig den Weg um Hindernisse bahnen.

Erkundung unzugänglicher Räume

In Videos zeigen die Wissenschaftler Anwendungen: Der Roboterwurm bewegt sich durch Klebstoff, über eine Wasseroberfläche oder zwängt sich durch winzige Ritzen. Er könnte mit wenigen Millimetern Durchmesser auch als Katheter im Körper eingesetzt werden oder – in größerer Ausführung – bei der Erkundung von Räumen, die sonst unzugänglich wären.

Die Forscher lassen den Wurm unter einer Tür durchschlüpfen und einen Gashahn zudrehen. In einer anderen Szene ist der Schlauch mit Luft und Wasser gefüllt und wird über ein kleines Feuer geführt; die Flammen brennen ein Loch in den Schlauch und das Luft-Wasser-Gemisch löscht das Feuer. In einem weiteren Beispiel windet sich der Roboter mit einem Draht in die Höhe und bildet eine Antenne.

Wichtiger Vorteil des Roboters ist die Minimierung von Reibung: Nach Angaben der Forscher benötigt die Fortbewegung zwischen zwei klebenden Flächen nicht mehr Luftdruck als das Wachsen zwischen glatten, teflonbeschichteten Oberflächen.

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Quelle: n-tv.de

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