Ingenieure entwickeln einen Roboter, der sich wie ein Raupenfalter bewegen kann

Forscher der Universität Toronto haben einen winzigen Roboter entwickelt, der sich ähnlich wie ein Raupenfalter bewegen kann. Diese neu entwickelte Technologie kann verschiedene Branchen wie die Luftfahrt und die Smart-Technologie beeinflussen.

Die Forschung wurde in Scientific Reports veröffentlicht.

Die Gruppe der Ingenieure umfasst Professor Hani Naguib. Das Team konzentriert sich auf intelligente Materialien, insbesondere elektrothermische Aktuatoren (ETAs). ETAs sind Geräte, die aus bestimmten Polymeren bestehen, die so programmiert werden können, dass sie physikalisch auf elektrische oder thermische Veränderungen reagieren. Sie können so programmiert werden, dass sie Muskelreflexe nachahmen, und sie können physikalisch auf Temperaturveränderungen reagieren, indem sie sich im Kalten zusammenziehen und sich bei Wärme entspannen.

Professor Naguib und das Team der Ingenieure verwenden diese neue Technologie in der Robotik und entwickeln weiche Roboter, die wie ein Raupenfalter kriechen und sich zusammenrollen können. Ein weiterer Bereich, in dem sie wichtig sein werden, ist die Fertigungsindustrie. Die weichen Roboter könnten bestimmte metallbeschichtete Roboter ersetzen, die derzeit existieren.

“Derzeit sind die Roboter, die man in der Industrie findet, schwer, massiv und von den Arbeitern auf dem Fabrikboden abgetrennt, weil sie Sicherheitsrisiken darstellen”, erklärt Naguib.

“Aber die Fertigungsindustrie modernisiert sich, um der Nachfrage gerecht zu werden. Immer mehr wird der Schwerpunkt auf die Einbeziehung von Mensch-Roboter-Interaktionen gelegt”, sagt er. “Weiche, anpassungsfähige Roboter können diese Zusammenarbeit nutzen.”

Die Erforschung von reaktiven Materialien ist bereits seit langem im Gange, aber die Gruppe der Ingenieure hat eine neue Methode entdeckt, um sie zu programmieren und die Bewegungen eines Raupenfalters zu erzeugen.

Laut dem Doktoranden und Erstautor der Studie, Yu-Chen (Gary) Sun, “Existierende Forschungsergebnisse dokumentieren die Programmierung von ETAs aus einem flachen Ruhezustand. Die Form-Programmierbarkeit einer zweidimensionalen Struktur ist begrenzt, so dass die Reaktion nur eine Biegung ist.”

Das Team verwendete eine thermisch induzierte, spannungsrelaxierende und aushärtende Methode, um einen ETA mit einem dreidimensionalen Ruhezustand zu erstellen. Dies bringt eine ganze neue Reihe von möglichen Formen und Bewegungen.

“Was auch neu ist, ist die erforderliche Leistung, um die Raupenfalter-Bewegung zu erzeugen. Unsere ist effizienter als alles, was bisher in der Forschungsliteratur existiert”, sagt Sun.

Laut Professor Naguib kann dieses neue Feld der Robotik viele Branchen wie die Sicherheits-, Luftfahrt-, Chirurgie- und Wearable-Elektronik-Industrie revolutionieren.

In Situationen, in denen Menschen in Gefahr sein könnten – ein Gasleck oder ein Feuer – könnten wir einen kriechenden Roboter mit einem Sensor ausstatten, um die schädliche Umgebung zu messen”, erklärt Naguib. “In der Luftfahrt könnten wir intelligente Materialien als Schlüssel für die nächste Generation von Flugzeugen mit sich verformenden Flügeln sehen.”

Die ersten Anwendungen werden wahrscheinlich im Bereich der Wearable-Technologie liegen.

“Wir arbeiten daran, dieses Material auf Kleidung anzuwenden. Diese Kleidung würde sich je nach Körpertemperatur zusammenziehen oder entspannen, was für Athleten therapeutisch sein könnte”, sagt Naguib. Das Team untersucht auch, ob intelligente Kleidung für Menschen mit Rückenmarksverletzungen nützlich sein könnte.

Das Team der Forscher wird nun daran arbeiten, die responsive Kriechbewegung zu beschleunigen und sich auf neue Konfigurationen zu konzentrieren.

“In diesem Fall haben wir ihn so programmiert, dass er sich wie ein Wurm bewegt”, sagt er. “Aber unser innovativer Ansatz bedeutet, dass wir Roboter trainieren könnten, um viele Bewegungen nachzuahmen – wie die Flügel eines Schmetterlings.”