"Transformers" im Labor : Der Roboter, der sich selbst zusammenbaut

Vorbild Origami: Forscher bauen eine Maschine, die sich in die gewünschte Form faltet und loskrabbelt.

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Falten und Krabbeln. Der Prototyp bringt sich selbstständig in Form und legt los.
Falten und Krabbeln. Der Prototyp bringt sich selbstständig in Form und legt los.Foto: Seth Kroll/Wyss Institute

Maschinen, die sich selbst in Form bringen und aktiv werden, das kannte man bisher nur aus Filmen wie „Transformers“. Amerikanische Forscher präsentieren jetzt Roboter, die genau das können. Allerdings sind diese noch ziemlich einfach aufgebaut und überaus friedlich. Wie Robert Wood von der Harvard-Universität in Cambridge und Kollegen im Fachblatt „Science“ berichten, faltet sich ihr Prototyp selbstständig aus der Ebene heraus in eine dreidimensionale Form und krabbelt ohne Hilfe davon.

Falten statt schrauben

Das Design folgt den Prinzipien des Origami, dem kunstvollen Falten. Im Origami erfahrene Meister können aus einem Blatt Papier ohne Schere und Kleber erstaunliche Figuren zaubern, nur mit geschicktem Falten und Biegen. Das Prinzip könnte auch zur Produktion technischer Gegenstände dienen, dachten sich die Forscher. „Wir haben uns nicht nur von Origami-Techniken inspirieren lassen“, sagt Wood. „Auch in der Natur gibt es viele Beispiele, etwa das Entfalten von Blättern oder Insektenflügeln.“

Der Roboter besteht aus nichts als einem dünnen Blatt aus einem speziellen Kunststoff, der mit Papier verklebt ist, sowie zwei Motoren, zwei Batterien und einer kleinen Steuereinheit. Auf dem Kunststoff hatten die Forscher dünne Leitungen aufgebracht, durch die die Steuereinheit Strom schicken und sie dadurch aufwärmen konnte. Bei einer Temperatur von rund 100 Grad Celsius begann sich der Kunststoff zu verformen. Dank geschickter Geometrie und präziser Steuerung nahmen die Faltroboter schrittweise ihre endgültige Form an. Nach vier Minuten waren die Kunststoffscharniere wieder kalt und erhärtet – und erstmals konnte sich der Roboter eigenständig zusammenfalten und loskrabbeln.

Überschaubares Tempo: Fünf Zentimeter pro Sekunde

Zunächst ging es den Forschern darum, zu zeigen, wie das neue Bauprinzip überhaupt funktionieren kann. Viel mehr, als mit gut fünf Zentimetern pro Sekunde vorwärtskrabbeln oder sich langsam drehen, kann der Faltroboter nämlich noch nicht. Doch sei das Prinzip vielversprechend, sagt Wood. Durch das Falten könne man auf die Muttern und Bolzen verzichten, die normalerweise für Roboter oder andere elektromechanische Geräte nötig seien. „Dadurch kann man die Elektronik in das Gerät integrieren, während es noch flach ist.“ Auf diese Weise lassen sich solche Roboter schnell und billig in großen Stückzahlen fertigen.

Steh auf und geh. Die Entwicklungsschritte des Faltroboters.
Steh auf und geh. Die Entwicklungsschritte des Faltroboters.Foto: Seth Kroll/Science

Mögliche Einsatzfelder gibt es viele: etwa bei Katastrophen, wo man sie platzsparend vor Ort bringen kann und sie die Suche nach Verschütteten unterstützen, oder bei Miniatur-Robotern, die so klein sind, dass sie sich nur schwer per Hand bauen lassen. „Man könnte sich auch eine Gruppe aus Dutzenden Roboter-Satelliten vorstellen, die sich kompakt ins All bringen lassen und die sich dort dann sozusagen selbst zusammenbauen“, ergänzt Sam Felton, Erstautor der Studie.

Hoher Energieverbrauch

Bis zu diesen Einsätzen liegt noch viel Arbeit vor den Wissenschaftlern. Von den drei Prototypen, die sie bauten, funktionierte einer wie geplant. Bei den anderen beiden haperte es an jeweils einem von zwei Dutzend Scharnieren, das nicht ganz in die richtige Position gelangte. Auch ist der Energieverbrauch für den Faltprozess noch ziemlich hoch, wie die Forscher berichten. Eine Lösung erhoffen sie sich von besseren Materialien, die sich bei geringeren Temperaturen in Form bringen und damit weniger Energie benötigen.

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