Vorbild aus der Natur

Roboter kann dank Maxwell-Kräften ohne Beine springen

Robert Klatt

Ein winziger Roboter kann ohne Beine hoch und weit springen. Er nutzt dazu einen Elektro-hydrostatischen Biegeaktor und die Maxwell-Kräfte.

Chongqing (China). Wissenschaftler der Chongqing Universität haben einen flexiblen Roboter entwickelt, der sich elektro-hydrostatisch fortbewegen kann. Laut der Veröffentlichung im Fachmagazin Nature Communications kann der Soft-Roboter 6-mal so weit wie seine Körperlänge und 7,7-mal so hoch wie seine Körperhöhe springen. Laut Rui Chen hat sein Team sich bei der Entwicklung des nur 6,5 cm langen und 1,1 g schweren Roboters an der Natur orientiert.

Das Ziel des Projekts war die Entwicklung eines Roboters, der ohne Beine springen kann. Es gibt zwar bereits Roboter mit Beinen, die hochspringen können, diese benötigen aber komplizierte Gelenke für ihren Sprungmechanismus. Sie sind deshalb schwer, nicht sehr aerodynamisch und nicht energieeffizient. Diese Probleme sollte der beinlose Roboter vermeiden.

Beispiel aus der Natur

Als Beispiel aus der Natur nennt Chen die wurmförmige Gallmückenlarven, die ohne Beine bis zum 36-fachen ihrer Körperlänge weit springen kann. Das Insekt nutzt dazu Klebeflächen an Kopf und Schwanz, die zusammengepresst ihren Körper hydraulisch unter Spannung setzen, um sich damit abzustoßen.

Elektro-hydrostatischen Biegeaktor

Die Sprungfunktion des flexiblen Roboters ähnelt de wurmförmige Gallmückenlarven. Als Basis nutzt der Roboter einen weichen elektro-hydrostatischen Biegeaktor (soft Electrohydrostatic Bending Actor – sEHBA). Im Roboter enthalten sind zwei halbkreisförmigen Kunststoffbeutel, in denen sich einmal Luft und einmal eine dielektrische Flüssigkeit befinden. Die beiden Beutel sind über Elektroden miteinander verbunden.

Maxwell-Kräfte sorgen für Sprung

Eine hohe Spannung von bis zu 10 KB an den Elektroden sorgt dafür, dass die Maxwell-Kräfte die dielektrische Flüssigkeit in den anderen Kunststoffbeutel drücken. Das vordere und hintere Ende des Roboters kommen so buckelartig zusammen. Anschließend sorgt der unter Biegespannung stehende Gesamtrahmen dafür, dass der Roboter in die Luft springt. Während des Sprungs wird die elastische Energie des Ringrahmens freigesetzt und die dielektrische Flüssigkeit fließt zurück. Insgesamt dauert dieser Prozess nur etwa 10 ms. Beim Landen hat der Roboter dann wieder seine ursprüngliche Form.

Nature Communications, doi: 10.1038/s41467-021-27265-w

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