Ein US-Forscherteam entwickelt einen Softroboter, der aussieht wie eine lange Spiralnudel. Er bewegt sich rollend und kann sogar autonom ein Labyrinth durchqueren. Dafür braucht das Spirelli-förmige Gerät aber bestimmte Temperaturen.

Ein Softroboter kann autonom etwa über sonnenbeschienene Autodächer und heißen Sand rollen. Denn das spiralnudelförmige Gerät bezieht seine Antriebsenergie aus dem heißen Untergrund. Durch Umschlagen der eigenen Verdrehrichtung kann der Softroboter aus Flüssigkristall die Rollrichtung ändern und dadurch etwa den Weg aus einem Mini-Labyrinth finden.

Wissenschaftler um Jie Yin von der North Carolina State University in Raleigh (US-Bundesstaat North Carolina) beschreiben ihre Erfindung in den "Proceedings" der US-Nationalen Akademie der Wissenschaften ("PNAS"). "Diese Softroboter demonstrieren ein Konzept namens physikalische Intelligenz", wird Yin in einer Mitteilung seiner Universität zitiert. "Das bedeutet, dass strukturelles Design und intelligente Materialien es ermöglichen, in verschiedenen Situationen zu navigieren."

Flüssigkristall-Band wird verdrillt

Bei der Herstellung des "Spirelli"-Roboters wird ein neun Zentimeter langes Flüssigkristall-Band gedehnt und verdrillt und dann mit Ultraviolettlicht gehärtet. Dabei ist wichtig, dass es im Zentrum der Spirale eine gerade Linie gibt, um die herum die äußeren Bereiche gedreht sind. Ab einer Untergrundtemperatur von 55 Grad Celsius beginnt der Softroboter, sehr langsam loszurollen. Bei 80 Grad beträgt die Rollgeschwindigkeit etwa 1,5 Millimeter pro Sekunde, bei 180 Grad 3,8 Millimeter pro Sekunde. Hohe Temperaturen erreichen in der Sonne etwa ein stehendes Auto, eine Straße oder Sand.

Wissen 18.06.21

Nützlich in extremer Umgebung Softroboter gräbt sich durch Sand

Auf Hindernisse kann der Roboter auf zwei Weisen reagieren: Wenn er in der Nähe eines seiner beiden Enden Kontakt spürt, dreht er sich um das Objekt herum. Trifft der Softroboter hingegen eher mittig auf das Hindernis, entwindet er sich teilweise und schlägt dann um: Die Verdrillrichtung ändert sich und damit auch die Richtung, in die der Roboter rollt. Durch mehrfache Richtungswechsel, die nie in die exakte Gegenrichtung verlaufen, sondern in unterschiedlichen Winkeln, kann der Roboter den Weg aus einem Mini-Labyrinth finden.

Der Softroboter überwindet Sanddünen mit einem Neigungswinkel von 15 Grad, ohne abzurutschen. Selbst wenn Sand auf ihn geschüttet wird, kann er sich durch Drehungen daraus befreien und weiterrollen. Die Fortbewegung funktioniert auch auf feinen Kieselsteinen. Selbst einfache Arbeiten kann der Softroboter verrichten: Das 0,36 Gramm leichte Gerät kann auf glattem Untergrund ein fast ebenso schweres Aluminiumröhrchen vor sich her rollen. Außerdem kann es verstreute Teilchen zusammentreiben.

Wissen 10.08.21

Softroboter wie ein Chamäleon Tarnhaut mit Flüssigkristallen entwickelt

"Die erforderliche Temperatur, um die selbstrollende Fortbewegung auf einem heißen Untergrund anzutreiben, ist für praktische Anwendungen hoch", räumen die Forscher ein. Um diese Einschränkung zu überwinden, könnten die Vernetzungsmittel im Material verändert oder ihre Konzentration angepasst werden. Dadurch könnte die Temperatur sinken, ab der der Softroboter rollt. Zudem könnte das Gerät leicht asymmetrisch gestaltet werden, um beim Umschlagen die Richtung in einem größeren Winkel zu ändern und so bei einem Einschluss zwischen zwei parallelen Wänden schneller zu entkommen.