Nur 0,8 Millimeter dick ist ein neuer Soft-Roboter von Forschern der North Carolina State University, der sich beispielsweise als Greifer für winzige empfindliche Objekte oder zur Steuerung grösserer Soft-Roboter einsetzen lässt. Zur Bewegung setzen Jie Yin und sein Team auf zwei Techniken: Mikrofluidik und Formgedächtnismaterialien. Beide wirken sowohl mit- als auch gegeneinander, sodass das kleine Gebilde die raffiniertesten Bewegungen ausführen kann.
"Unser Ansatz nutzt handelsübliche 3D-Drucktechnologien für mehrere Materialien und Polymere mit Formgedächtnis, um weiche Aktoren im Mikrobereich zu schaffen, die es uns ermöglichen, andere Roboter zu steuern, was eine aussergewöhnliche Kontrolle und Feinfühligkeit erfordert", sagt Yin.
Sie bestehen aus zwei Schichten. Die erste ist ein flexibles Polymer, das mithilfe von 3D-Drucktechnologien hergestellt wird und ein Muster aus mikrofluidischen Kanälen enthält. Das sind Röhrchen mit einem winzigen Durchmesser. Die zweite Schicht ist ein flexibles Polymer mit Formgedächtnis - wenn man es verformt und einen bestimmten Reiz ausübt, beispielsweise Wärme zuführt, kehrt es in seine ursprüngliche Form zurück, an die es sich gewissermassen "erinnert".
Wird Flüssigkeit in die Röhrchen gepumpt, baut sich ein hydraulischer Druck auf, der den Roboter verformt. Da es mehrere Kanäle gibt, die getrennt mit Flüssigkeit gefüllt werden können, lässt sich die Bewegung steuern. Er kann sich verbiegen, verdrehen oder andere Reaktionen zeigen, je nach der Aufgabe, die es zu erledigen gilt. Von der Menge und Geschwindigkeit, mit der die Flüssigkeit in die Röhrchen gepumpt wird, hängt es ab, wie schnell sich der Roboter verformt.
Wenn der kleine Helfer in einer bestimmten Position verharren soll, beispielsweise dann, wenn er ein Objekt gepackt hat, das er an einen anderen Ort transportieren soll, tritt das Formgedächtnismaterial in Aktion. Es wird extrem kurzzeitig auf eine Temperatur von 64 Grad Celsius erwärmt und kühlt ebenso blitzschnell wieder ab. Das löst den Lernprozess aus - der Roboter "merkt" sich seine Form, auch wenn die Flüssigkeit aus den Röhrchen herausfliesst. Soll er loslassen, muss er nur erneut erwärmt werden.
"Da diese Softroboter sehr dünn sind, können wir sie mit einer kleinen Infrarotlichtquelle schnell und einfach auf 64 Grad aufheizen - und sie kühlen auch sehr schnell wieder ab", verdeutlicht Yins Doktorand Haitao Qing und fügt hinzu: "Dieser ganze Ablauf dauert nur zwei Minuten."
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