Forscherinnen und Forscher der ETH Lausanne (EPFL) haben einen Elefantenroboter mit einer programmierbaren Gitterstruktur entwickelt. Mit Hilfe eines einfachen Schaumstoffs kann er die gesamte Vielfalt biologischer Gewebe nachbilden, vom flexiblen Rüssel bis zum starren Knochen.
Die Schwierigkeit des Vorhabens bestand darin, die Vielfalt des Bewegungsapparats in der Robotik nachzubilden. Das wissenschaftliche Team von Josie Hughes an der EPFL hat sich mit dieser Frage befasst und eine im 3D-Druck hergestellte Gitterstruktur entwickelt, die die Vielfalt biologischer Gewebe mit robotergesteuerter Präzision verbindet.
Das Gitter, das aus einfachem Schaumstoff hergestellt wird, besteht aus einzelnen Einheiten oder Zellen, die so programmiert werden können, dass sie verschiedene Formen und Positionen einnehmen, wie die EPFL am Donnerstag in einer Medienmitteilung schreibt. Diese Zellen können mehr als eine Million verschiedene Konfigurationen annehmen und sogar kombiniert werden, um unendliche geometrische Variationen zu erzeugen.
«Wir haben unsere programmierbare Gittertechnik verwendet, um einen muskuloskelettal inspirierten Elefantenroboter mit einem flexiblen Rüssel zu entwickeln, der sich drehen, biegen und wenden kann, sowie mit steiferen Gelenken an Hüfte, Knie und Beinen», wird Postdoktorand Qinghua Guan im Communiqué zitiert.
Neben der Modulation der Form jeder Zelle können die Wissenschaftler auch ihre Position im Gitter programmieren. Diese zweite Programmierdimension ermöglicht es ihnen, jede Zelle entlang ihrer Achse zu drehen und zu verschieben.
Die Zellen können sogar übereinander gestapelt werden, um völlig neue Zellkombinationen zu schaffen, wodurch das resultierende Gitter ein noch breiteres Spektrum an mechanischen Eigenschaften erhält. Ein Gitterwürfel mit vier übereinander gestapelten Zellen ermöglicht so etwa vier Millionen verschiedene Konfigurationen.
Bei diesem Elefantenmodell ermöglichte diese doppelte Programmierfähigkeit die Herstellung mehrerer Gewebetypen, darunter ein flaches Gleitgelenk (wie es in den kleinen Knochen des Elefantenfusses zu finden ist), ein einachsiges Beuge-Gelenk (im Knie) und ein zweiachsiges, bidirektionales Beuge-Gelenk (in den Zehen).
Das Team konnte auch die komplexe Bewegung des muskulösen Rüssels des Elefanten nachbilden, indem es separate Gitterabschnitte für Dreh-, Biege- und Rotationsbewegungen entwarf und dabei fliessende und kontinuierliche Übergänge zwischen ihnen beibehielt, wie aus dieser in der Zeitschrift «Science Advances» veröffentlichten Arbeit hervorgeht.
«Ähnlich wie bei einer Bienenwabe kann das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht des Gitters sehr hoch sein, was die Entwicklung ultraleichter und leistungsstarker Roboter ermöglicht. Die offene Schaumstruktur eignet sich gut für die Bewegung von Flüssigkeiten und könnte sogar andere Materialien wie Sensoren integrieren, um die Technologie intelligenter zu machen», so Hughes.
(sda)
