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

Forschende Ingenieure von der University of Toronto haben einen winzigen Roboter entwickelt, der sich ähnlich wie ein Spanner bewegen kann. Diese neu entwickelte Technologie kann verschiedene Branchen beeinflussen, darunter die Luftfahrt und die Smart-Technologie.

Die Forschung wurde in Scientific Reports veröffentlicht.

Die Gruppe der Ingenieurforscher umfasst Professor Hani Naguib. Das Team konzentriert sich auf intelligente Materialien, insbesondere auf 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 Temperatur reagieren, indem sie sich im Kalten zusammenziehen und sich im Warmen entspannen.

Professor Naguib und das Team der Ingenieure verwenden diese neue Technologie in der Robotik und entwickeln weiche Roboter, die wie ein Spanner 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 es jetzt gibt.

“Im Moment finden Sie in der Industrie Roboter, die schwer, massiv und von den Arbeitern auf dem Fabrikboden abgesperrt sind, 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 gibt es bereits seit langem, aber die Gruppe der Ingenieure entdeckte eine neue Möglichkeit, sie zu programmieren, um die Spanner-Roboter-Bewegungen zu erzeugen.

Laut dem PhD-Studenten und Erstautor der Studie, Yu-Chen (Gary) Sun, “existierende Forschung dokumentiert die Programmierung von ETAs aus einem flachen Ruhezustand. Die Formprogrammierbarkeit einer zweidimensionalen Struktur ist begrenzt, so dass die Reaktion nur eine Biegebewegung ist.”

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

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

Laut Professor Naguib kann dieses neue Feld der Robotik viele Branchen revolutionieren, darunter Sicherheit, Luftfahrt, Chirurgie und tragbare Elektronik.

In Situationen, in denen Menschen in Gefahr sein könnten – ein Gasleak 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 sehen, wie intelligente Materialien der Schlüssel zu nächster Generation von Flugzeugen mit sich verformenden Flügeln sind.”

Die ersten Anwendungen werden wahrscheinlich im Bereich der tragbaren Technologie liegen.

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

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

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