An eine Maschine aus der Werkstatt von Leonardo da Vinci erinnert der sprunggewaltige Roboter, den Forscher von der University of California und vom Caltech in Pasadena entwickelt haben. Das seltsam geformte Gebilde wiegt nur 30 Gramm und springt über 30 Meter hoch. Das entspricht fast dem Dreihundertfachen seiner eigenen Größe. Damit könnten weder die besten sich hüpfend fortbewegenden Roboter, noch die Rekordhalter unter den springenden Lebewesen konkurrieren, schreiben Elliot Hawkes und seine Kollegen in der Zeitschrift „Nature“. Die 70 Zentimeter lange Schaumzikade – sie stand für die Forscher Pate – schafft immerhin das 115-fache ihrer Körperlänge.

Seit Jahrzehnten entwickeln Ingenieure springende Maschinen. Inspiration holen sie sich dazu häufig aus der Natur. Bei den meisten Lebewesen ist die maximale Sprunghöhe durch die Sprungkraft ihrer Beinmuskeln vorgegeben. Insekten nutzen zusätzlich den Vorteil ihrer langen Hinterbeine, um möglichst weit hüpfen zu können. Springroboter sind meist mit Aktoren wie Ratschen, Torsionsfedern und Motoren ausgerüstet.

Damit auch ein Roboter möglichst hoch springen kann, muss vor dem Absprung möglichst viel Energie in den Aktoren gespeichert werden. Ein Indiz dafür ist die Startgeschwindigkeit. Der Rekordhalter aus dem Labor von Hawkes und seinen Kollegen beschleunigt beim Start innerhalb von neun Millisekunden von 0 auf 28 Meter pro Sekunde. Dabei wird schlagartig eine Energie von 24,2 Joule freigesetzt, wie Simulationen gezeigt hätten. Für die Forscher war beim Design die Erkenntnis erhellend, dass es bei Sprungrobotern anders als bei Lebewesen weniger auf das Gewicht ankommt, als auch auf den Sprungmechanismus. So ist der Apparat aus Kalifornien zehnmal so schwer wie sein natürliches Vorbild.

Als Antrieb nutzen die Forscher einen Drehmotor und einen ausgeklügelten Federeffekt: Vier elastische Karbonfasern werden über Gummibänder und ein Zugseil, das mit einem Drehmotor verbunden ist, extrem stark gebogen und dabei unter große Spannung versetzt. Ist diese groß genug, löst sich eine Klinke am oberen Ende des Zugseils, woraufhin sich die Gummibänder schlagartig entspannen. Der Roboter hebt ab. Die Karbonfasern und das Gehäuse mit dem Drehmotor nehmen während des Fluges eine aerodynamische längliche Form an. Nach der Landung spannt der Drehmotor abermals das Zugseil und der ganze Vorgang beginnt von vorn. Bis zum Neustart vergehen zwei Minuten.

Der entscheidende Vorteil hüpfender Roboter ist, dass sie Hindernisse mit Leichtigkeit überwinden können. Das macht Sprungroboter für die Erkundung unzugänglicher Gebiete interessant, etwa in Schuttbergen nach einem Erdbeben oder im zerklüfteten Gelände auf fremden Planeten. Allerdings müssen dazu die Sprunghöhe und die Sprungrichtung variiert werden können, was bei dem Apparat der Forscher um Hawkes nicht der Fall ist. Nun will man den Sprungroboter optimieren, damit er noch höher springt.