“Gehirnlose” Weichroboter navigiert komplexe Umgebungen in einem Durchbruch in der Robotik

Im sich entwickelnden Bereich der Robotik haben Forscher einen neuen Durchbruch erzielt: einen Weichroboter, der keine menschliche oder computergesteuerte Richtung benötigt, um auch komplexe Umgebungen zu navigieren. Diese neue Erfindung baut auf früherer Arbeit auf, bei der ein Weichroboter grundlegende Navigationsfähigkeiten in einfacheren Labyrinthen demonstrierte.

Physikalische Intelligenz für die Navigation nutzen

Jie Yin, der co-korrespondierende Autor der Studie und Associate Professor für Mechanik und Luft- und Raumfahrttechnik an der North Carolina State University, erläutert diese Fortschritte:

“In unserer früheren Arbeit haben wir gezeigt, dass unser Weichroboter in der Lage war, sich durch ein sehr einfaches Hindernisparcours zu winden und zu drehen. Allerdings konnte er nicht drehen, es sei denn, er traf auf ein Hindernis. Diese Einschränkung bedeutete, dass der Roboter manchmal gefangen werden konnte, indem er zwischen parallelen Hindernissen hin und her sprang.”

Er fügte hinzu: “Wir haben einen neuen Weichroboter entwickelt, der in der Lage ist, sich selbst zu drehen, was es ihm ermöglicht, sich durch verschlungene Labyrinthe zu bewegen, sogar um sich bewegende Hindernisse herum. All dies wird mithilfe physikalischer Intelligenz erreicht, nicht durch die Anleitung eines Computers.”

Der Begriff “physikalische Intelligenz” bezeichnet das inhärente Verhalten dynamischer Objekte, wie Weichroboter, das durch ihr strukturelles Design und ihre Materialien bestimmt wird, und nicht durch externe menschliche oder computergesteuerte Eingriffe.

Diese neue Generation von Weichrobotern verwendet bandartige flüssigkristalline Elastomere. Wenn sie auf einer Oberfläche platziert werden, die wärmer ist als die umgebende Luft, insbesondere über 55 Grad Celsius (131 Grad Fahrenheit), kontrahiert das Band, das mit der Oberfläche in Kontakt ist, während der freiliegende Teil unverändert bleibt. Diese Diskrepanz löst eine Rollbewegung aus, die mit der Temperatur der Oberfläche beschleunigt.

Innovation durch Asymmetrie

Das besondere Merkmal dieses Roboters liegt in seinem Design. Im Gegensatz zu seinem symmetrischen Vorgänger besteht die neue Version aus zwei unterschiedlichen Hälften. Ein Segment erstreckt sich in einer geraden Linie, ähnlich wie ein verdrehtes Band, während das andere einem eng gewundenen Band ähnelt, das sich wie eine Treppe spiralig windet.

Diese Abweichung im Design führt dazu, dass ein Roboterende mehr Kraft ausübt als das andere, was eine nicht-lineare Bewegung auslöst. Yao Zhao, der erste Autor der Studie und Postdoktorand an der NC State, erklärt das Prinzip: “Stellen Sie sich einen Plastikbecher vor, der einen breiteren Mund als seine Basis hat. Wenn Sie ihn rollen, folgt er nicht einer geraden Bahn, sondern beschreibt einen Bogen über eine Oberfläche. Das ist die Wirkung seines asymmetrischen Designs.”

Zhao erläutert weiter: “Das Konzept hinter unserem neuen Roboter ist relativ einfach: aufgrund seines asymmetrischen Designs dreht er sich autonom, ohne dass er mit einem Objekt in Kontakt kommen muss. Wenn er also immer noch seine Richtung ändern kann, wenn er auf ein Objekt trifft – ein Merkmal, das es ihm ermöglicht, sich durch Labyrinthe zu bewegen –, kann er nicht zwischen parallelen Barrieren gefangen werden. Seine bogenförmige Bewegung ermöglicht es ihm, sich effektiv zu winden.”

Tests mit diesem Roboter zeigten seine Fähigkeit, sich durch komplexe Labyrinthe zu bewegen, sogar durch solche mit sich bewegenden Wänden. Beeindruckend konnte er sich durch Spalten quetschen, die kleiner waren als seine eigene Größe. Diese Tests wurden auf verschiedenen Oberflächen wie Metall und Sand durchgeführt.

Diese bahnbrechende Arbeit stellt eine innovative Perspektive für Weichroboter-Designs dar. Wie Yin sagt: “Diese Arbeit ist ein weiterer Schritt nach vorne, um innovative Ansätze für Weichroboter-Designs zu entwickeln – insbesondere für Anwendungen, bei denen Weichroboter Umweltwärmeenergie nutzen können.”

Wenn die Welt der Robotik wächst, scheint das Potenzial solcher “gehirnloser” Weichroboter in realen Anwendungen grenzenlos.

in Staaten: “Diese Arbeit ist ein weiterer Schritt nach vorne, um innovative Ansätze für Weichroboter-Designs zu entwickeln – insbesondere für Anwendungen, bei denen Weichroboter Umweltwärmeenergie nutzen können.” Wenn die Welt der Robotik wächst, scheint das Potenzial solcher “gehirnloser” Weichroboter in realen Anwendungen grenzenlos.