Forscher entwickeln weichen Roboter, der seine Form ändern und sich bewegen kann

Eine der Herausforderungen im Bereich der weichen Robotik ist, dass die meisten davon an einen Luftkompressor angeschlossen oder an eine Wand gesteckt werden müssen. Forscher von der Stanford-Universität haben sich daran gemacht, diese Herausforderung zu überwinden.

Nathan Usevitch ist ein Doktorand im Bereich Maschinenbau an der Stanford-Universität.

“Eine wesentliche Einschränkung der meisten weichen Roboter ist, dass sie an einen großen Luftkompressor angeschlossen oder an eine Wand gesteckt werden müssen, was sie daran hindert, sich zu bewegen”, sagte Usevitch. “Wir haben uns also gefragt: Was, wenn wir die gleiche Menge an Luft im Roboter behalten und sie einfach nur bewegen?”

Das Team konnte einen menschengroßen weichen Roboter entwickeln, der in der Lage ist, seine Form zu ändern. Durch diese Fähigkeit kann der weiche Roboter Gegenstände greifen und handhaben und er kann in kontrollierbare Richtungen rollen.

Die Forschung wurde in der Zeitschrift Science Robotics am 18. März veröffentlicht.

“Die lockere Beschreibung dieses Roboters, die ich Menschen gebe, ist Baymax aus dem Film Big Hero 6 gemischt mit Transformers. Mit anderen Worten, ein weicher, menschenfreundlicher Roboter gemischt mit Robotern, die ihre Form dramatisch ändern können”, sagte Usevitch.

Einfache Version

Dieser weiche Roboter wurde durch die Kombination von drei verschiedenen Arten von Robotern entwickelt. Die einfache Version der Erfindung des Teams wird als “isoperimetrischer Roboter” bezeichnet, da sich die Form ändert, während die Gesamtlänge der Kanten und die Menge an Luft im Inneren gleich bleibt.

Der isoperimetrische Roboter wurde aus weichen Robotern, Truss-Robotern und kollektiven Robotern entwickelt. Jede Kategorie der Robotik brachte einen unterschiedlichen Vorteil: Weiche Roboter sind leicht und flexibel, Truss-Roboter können ihre Form ändern und kollektive Roboter sind klein und arbeiten zusammen.

Sean Follmer ist ein Assistant Professor im Bereich Maschinenbau und Co-Senior-Autor des Papiers.

“Wir manipulieren im Grunde eine weiche Struktur mit herkömmlichen Motoren”, sagte Follmer. “Das ergibt eine wirklich interessante Klasse von Robotern, die viele der Vorteile von weichen Robotern mit all unseren Kenntnissen über klassische Roboter kombiniert.”

Komplexe Version

Das Team entwickelte auch eine komplexere Version des Roboters, indem sie mehrere Dreiecke miteinander verbanden. Sie konnten die Bewegungen der verschiedenen Motoren koordinieren, was es dem Roboter ermöglichte, bestimmte Verhaltensweisen auszuführen, wie zum Beispiel das Aufheben eines Balles.

Elliot Hawkes ist ein Assistant Professor im Bereich Maschinenbau an der University of California, Santa Barbara und Co-Senior-Autor des Papiers.

“Ein wichtiger Erkenntnis, den wir gewonnen haben, ist, dass man, um Bewegung mit einem großen, weichen pneumatischen Roboter zu erzeugen, nicht unbedingt Luft hineinpumpen und herauspumpen muss”, sagte Hawkes. “Man kann die Luft, die man bereits hat, verwenden und sie einfach mit diesen einfachen Motoren bewegen; diese Methode ist effizienter und ermöglicht es unserem Roboter, sich viel schneller zu bewegen.”

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Weltraumexploration

Laut Zachary Hammond, einem Doktoranden im Bereich Maschinenbau an der Stanford-Universität und Co-Autor des Papiers, ist eine mögliche Verwendung für diesen weichen Roboter die Weltraumexploration.

“Dieser Roboter könnte sehr nützlich für die Weltraumexploration sein – besonders weil er in einem kleinen Paket transportiert und dann unabhängig betrieben werden kann, nachdem er aufgeblasen wurde”, sagte Hammond. “Auf einem anderen Planeten könnte er seine Fähigkeit, seine Form zu ändern, nutzen, um komplizierte Umgebungen zu durchqueren, sich durch enge Räume zu zwängen und über Hindernisse zu klettern.”

Die Forscher testen derzeit verschiedene Formen und möchten den Roboter im Wasser testen.

Allison Okamura ist eine Professorin im Bereich Maschinenbau und Co-Autorin des Papiers.

“Diese Forschung unterstreicht die Macht, über neue Wege nachzudenken, wie man Roboter entwirft und baut”, sagte Okamura. “Die Kreativität im Roboter-Design wird mit diesem System erweitert und das ist etwas, was wir im Bereich der Robotik gerne fördern möchten.”