Wasserläufer als Roboter nachgebaut: Ferngesteuerte Schwärme hüpfen übers Wasser

Wasserläufer gehören unter den Insekten zu den beliebtesten natürlichen Vorbildern für Roboterentwickler. Prototypen konnten dank der Oberflächenspannung bereits über Wasserflächen gleiten. Koreanische Wissenschaftler haben nun ein Roboterinsekt gebaut, das sogar übers Wasser hüpfen kann. Dank dieser Fortbewegung könnten sich in Zukunft Schwärme winziger Roboter effizienter fortbewegen und dabei – mit Sensoren bestückt – die Wasserqualität untersuchen oder zivile wie militärische Aufklärung betreiben.

„Normalerweise wird beim Springen eine große Kraft auf den Untergrund ausgeübt“, sagt Ho-Young Kim von der Nationalen Universität in Seoul. Wasserläufer schaffen es, ihre Sprungkräfte beim Abstoßen mit den Beinen sehr gut einzuteilen. So überwinden sie niemals die Oberflächenspannung des Wassers und können doch einige Zentimeter hoch springen.

Die Lösung ist ein ausgeklügelter Katapultmechanismus

Kim und seine Kollegen untersuchten dieses Verhalten mit Hochgeschwindigkeitskameras. Daraufhin konstruierten sie ein Roboterinsekt, dessen vier Beine niemals in das Wasser eintauchen. Mit einem Gewicht von nur 68 Milligramm wird der künstliche Wasserläufer problemlos von der Oberflächenspannung gehalten. Um sich abstoßen zu können, ist ein Antrieb nötig, der mit langsam zunehmenden Kräften auf die Wasseroberfläche drückt. Die Lösung ist ein ausgeklügelter Katapultmechanismus mit einem künstlichen Muskel aus Nickeltitan-Gedächtnismetall. Wird er über einen integrierten filigranen Heizdraht erwärmt, verändert er schlagartig seine Form. Dabei bewegen sich alle vier Beine des Roboters aus einer zuvor fast waagerechten in eine senkrechte Position. Dabei nimmt der Druck auf die Wasseroberfläche stetig zu, bis sich der Roboter löst und 14 Zentimeter hoch hüpft, berichten die Forscher im Fachblatt „Science“.

Noch muss der Roboter lernen, mehrmals zu springen

Allerdings kann der Roboter bislang nur einmal springen. Künftig müsste ein besserer Antrieb – sei es mit Gedächtnismetall oder einer Feder – gefunden werden, der zahlreiche Sprünge in Folge ermöglicht. Kim hat sich und seinem Team weitere Ziele gesteckt: „Wir wollen einen Roboter bauen, der sowohl schwimmen als auch auf Wasser hüpfen kann.“ (wsa)