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Erstaunliche Kakerlaken-Roboter entwickelt

Die berüchtigten Kakerlaken standen Pate: Forscher haben kleine, flinke Roboter entwickelt, die Gewichte tragen können und weitere erstaunliche Merkmale besitzen: Ihre vibrierende Fortbewegungsweise basiert auf einem piezoelektrischen Material, das sie sowohl flexibel als auch robust macht. Die Techno-Kakerlaken krabbeln sogar weiter, nachdem ein Mensch auf sie getreten ist. Das innovative Konzept könnte nun die Entwicklung kleiner Roboter für den Einsatz als Kundschafter oder für die Katastrophenhilfe voranbringen, sagen die Wissenschaftler.

Allein die Vorstellung verpasst einigen Menschen schon eine Gänsehaut: Man schaltet nachts das Licht in der Küche an und die Schaben flitzen in die Ritzen. Sie sind für viele der Inbegriff widerlichen Ungeziefers. Doch Techniker sehen Kakerlaken mit ganz anderen Augen: Sie lassen sich von den beeindruckenden Merkmalen und Fähigkeiten dieser Insekten bei der Entwicklung von kleinen Robotern inspirieren, die in starkstrukturierten Umgebungen zum Einsatz kommen könnten. Es wurden bereits einige Modelle aus weichen Materialien präsentiert, doch vor dem Hintergrund des natürlichen Vorbilds lassen sie nach wie vor zu Wünschen übrig. Robotern aus einem deformierbaren Körper
Mobilität, Effizienz und Robustheit zu verschaffen, hat sich als knifflige Herausforderung erwiesen.

Genial einfaches Design

Die Innovation der Forscher um Yichuan Wu von der University of California in Berkeley basiert nun auf einem neuen Material und einer raffinierten Fortbewegungsweise. Ihre erstaunlich simpel strukturierten Roboter bestehen aus dünnen Stücken eines Schichtmaterials, das piezoelektrische Merkmale besitzt. Wird es Wechselstrom ausgesetzt, beginnt es zu vibrieren. Die Strukturen der Roboter sind so konzipiert, dass sie diese Schwingungen in eine Vorwärtsbewegung umsetzen. Der Bewegungsablauf ähnelt dabei Dynamiken, wie sie bei rennenden Kakerlaken zu beobachten sind, zeigten Vergleiche.

Strukturen des Kakerlaken-Roboters. (Bild: Wu et al., Sci. Robot. 4, eaax1594, 2019)

So wuseln die etwa einen Zentimeter großen Kakerlaken-Robos los – und zwar mit beachtlicher Geschwindigkeit: Sie erreichen 20 Körperlängen pro Sekunde. Die Roboter sind dabei auch in der Lage, Steigungen zu bewältigen: Die Wissenschaftler ließen sie durch schräg gerichtete Röhren nach oben rennen. Sogar Gewichte können die Gebilde transportieren, zeigten die Tests: Sie können das Sechsfache ihres Gewichts tragen, wie die Forscher durch eine Erdnuss als Transportlast demonstrierten.

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Kaum totzukriegen

Wie robust ihre filigranen Konstruktionen sind, veranschaulichten die Forscher auf eindrucksvolle Weise: Sie trampelten gleichsam auf ihren Kakerlaken-Robos herum. So konnten sie zeigen, dass sie noch bewegungsfähig bleiben, nachdem ein Mensch mit einem Gewicht von 59,5 Kilogramm auf ihnen gelastet hat – das entspricht etwa eine Million Mal ihrer eigenen Masse.

Wie Wu und seine Kollegen betonen, handelt es sich bei dem aktuellen Modell um einen Prototyp, der nun optimiert werden soll. Die Wissenschaftler planen etwa, die Steuerung der kleinen Roboter zu verbessern und sie mit einer eigenen Energieversorgung auszurüsten, denn bisher wird ihnen der Wechselstrom mittels feiner Drähte verpasst. Da aber nur sehr wenig Energie nötig ist, um die Gebilde anzutreiben, sehen die Forscher gute Möglichkeiten, sie mit einer Onboard-Energieversorgung betreiben zu können. Außerdem ist das Konstruktionsprinzip ihnen zufolge auch auf andere flexible Geräte anwendbar und hat somit ein breites Anwendungspotenzial.

„Wir hoffen, dass unser Konzept zur Entwicklung von flinken und robusten Robotern für praktische Anwendungen beitragen kann“, schreiben die Forscher. Konkret: Vielleicht könnten beispielsweise einmal kleine technische Helfer nach dem Vorbild von Kakerlaken bei der Katastrophenhilfe zum Einsatz kommen: Mobil, filigran und dennoch robust, könnten sie in kleine Spalten schlüpfen und etwa verborgene Strukturen in kollabierten Gebäuden auskundschaften.

Quelle: Science Robotics, doi: 10.1126/scirobotics.aax1594

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