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Biomorphe Maschinenwesen : Die Biotope der Roboter

Der Gecko unter den Robotern: Stickybot III Bild: Mark Cutkosky Lab, Standford University

Es gibt keinen Lebensraum, den die modernen Maschinenwesen inzwischen nicht erobert haben. Fast scheint es so, als habe die Evolution auch bei den Robotern Einzug gehalten. Und so können sie klettern wie Geckos, fliegen wie Insekten oder schwimmen wie Amphibien.

          Der Gecko unter den Robotern

          Manfred Lindinger

          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Der beste Kletterer unter den  Robotern ist wohl "Stickybot III"  vermag er doch wie ein Gecko glatte Flächen aus Glas, Holz oder Fliesen hinauf- und hinunterzuklettern, ohne abzurutschen (siehe Video). Dabei erreicht er ein mittleres Tempo  von immerhin fünf Zentimeter pro Sekunde. Seine Fähigkeiten verdankt Stickybot  winzigen Borsten an den Zehen, die bei Belastung an der Oberfläche haften und bei Entlastung wieder lösen. Zusätzlich verfügt der 76 Zentimeter lange Roboter über künstliche Sehnen, mit denen er ähnlich wie sein natürliches Vorbild sein Körpergewicht von 400 Gramm gleichmäßig auf die Oberflächen der Zehen verteilt. Anhand ihrer Kletterroboter studieren Mark R. Cutkosky und seine Kollegen an der Standford University, wie es die Natur erreicht hat, dass Geckos, Fliegen oder Käfer die Adhäsionskräfte so nutzen können, dass sie beim Haften an glatten Oberflächen  der Schwerkraft trotzen. 

          Starfish erkennt sich selbst

          Der Starfish-Roboter marschiert auch dann noch, wenn Glieder der Beine fehlen.
          Der Starfish-Roboter marschiert auch dann noch, wenn Glieder der Beine fehlen. : Bild: Cornell University

          Dieser überdimensionale Seestern auf vier Beinen kann ein virtuelles Selbstbildnis entwerfen. Ohne dass es der ein Meter großen Maschine mitgeteilt wird, lernt sie, wie viele Beine sie hat, wo diese sitzen und wie sich diese drehen lassen. Dank eines evolutionären Algorithmus erlernt der Roboter auch das Laufen. Zunächst liegt er flach auf dem Boden. Dann beginnt er zu zappeln. Über Sensoren erhält er Rückmeldung, welche Glieder er gerade wie bewegt. Dann entwirft er Strategien, wie er sich am besten aufrichtet und fortbewegt. Alle Varianten werden so lange getestet, bis die schnellste Gangart gefunden ist. Sogar bei Zwangsamputationen weiß sich der Roboter, der aus dem Labor von Hod Lipson an der Cornell University in Ithaca stammt, zu helfen. Entfernt man ihm etwa ein unteres Glied eines Beines, bewahrt er trotzdem eine stabile Gangart ( siehe Video)..

          Mit Luftdruck über Stock und Stein

          Soft-Robot, der  Tintenfisch unter den Robotern.
          Soft-Robot, der Tintenfisch unter den Robotern. : Bild: R. Shepherd, Harvard University

          Ungewöhnlich elastisch ist dieser handflächengroße Vierbeiner, den Forscher um George Whitesides von der Harvard University in Cambridge entwickelt haben. Er kann kriechen, sich wellenförmig fortbewegen, über und unter Hindernisse krabbeln und sich durch enge Ritzen quetschen (siehe Video). Möglich ist das durch seinen pneumatischen Antrieb. Die vier Beine sowie der Körper bestehen aus einem weichen Kunststoff, in den Kammern eingelassen sind. Bläst man nun Luft in die Kammern, blähen sich diese auf wie ein Ballon, wodurch sich beispielsweise ein Bein aufrichten lässt. Steuert man nun die Gliedmaßen nacheinander mit unterschiedlich starkem Luftdruck an, bewegt sich der Roboter fort. Krabbelnd etwa erreicht er ein Tempo von etwa eineinhalb Meter pro Sekunde. Kriechend kommt er noch auf rund 20 Zentimeter pro Sekunde.

          Soft-Robot mit Tarnmantel
          Soft-Robot mit Tarnmantel : Bild: S. Morin Harvard University

          Kürzlich haben Whitesides und seine Kollegen dem Vierfüßler einen speziellen Tarnmantel verpasst, dank dessen er sich optimal an seine Umgebung anpassen kann. Dieser Chamäleon-Effekt wird von einem Geflecht aus dünnen Kanälen hervorgerufen, die man gleichzeitig mit verschiedenen Farbstoffen füllt. Bei entsprechender Wahl der Pigmente lassen sich auf der Oberfläche des Krabblers unterschiedliche Farbmuster erzeugen („Science“,doi: 10.1126/science.1222149). Der flexible Vierbeiner lässt sich auch gezielt zum Leuchten bringen, etwa wenn man die Kapillare mit fluoreszierenden Farbstoffen füllt. Dann wird er auch im Dunkeln sichtbar. Die möglichen Anwendungen der Krabbler reichen von Tierbeobachtungen bis hin zur Suche nach vermissten Personen in für Menschen unzugänglichem Gebieten nach Unglücken.

          Höher geht`s kaum noch

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