Vorwärts, seitwärts, nach oben und nach unten: Wurmartiger Softroboter gräbt sich durch Sand

Ein neuartiger Untergrundroboter kann sich sehr schnell in trockenem Sand fortbewegen: mit bis zu 4,8 Metern pro Sekunde oder 17,3 Kilometern pro Stunde gräbt sich der wurmartige Roboter unterirdisch vorwärts, auch um Hindernisse herum.

Möglich mache das unter anderem Druckluft, schreibt die Forschergruppe um Nicholas Naclerio von der University of California in Santa Barbara im Fachmagazin „Science Robotics“.

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Vorbilder Wurzelspitze, Krake und Skink

„Roboter eignen sich gut für die Navigation in extremen Umgebungen wie dem Weltraum, dem Meeresboden oder in Katastrophenszenarien, bei denen der Zutritt für Menschen gefährlich oder teuer ist“, schreiben die Wissenschaftler. Bei bisherigen Untersuchungen sei der Untergrund weitgehend außen vor geblieben, auch deshalb, weil die Physik der Bewegung durch den Boden ungenügend erforscht sei.

Naclerio und Kollegen orientierten sich bei der Entwicklung ihres Grabe-Roboters auch an biologischen Prozessen, etwa dem Wurzelwachstum der Pflanzen oder sich eingrabenden Oktopussen.

So bohren sich Pflanzenwurzeln in den Boden, indem die Spitze der Wurzel wächst. Dies setzten die Forscher durch einen luftgefüllten Schlauch um, der sich an der Spitze umstülpt: Das zusammengefaltete Schlauchmaterial im Inneren des Softroboters wird durch Druckluft aufgeblasen und dabei die Innenseite nach außen gekehrt.

Der südliche Sandkrake Octopus kaurna bläst Wasser in den sandigen Meeresboden, um sich einzugraben. Mit nach vorne und unten gerichteten Druckluftdüsen übertrugen die Forscher diese Methode in eine Mechanik, die den Sand zur Seite bläst.

Außerdem brachten die Wissenschaftler am vorderen Ende des Roboters einen Keil an, der der Kopfform des Apothekerskinks Scincus scincus nachempfunden ist. Damit verringern der Skink und nun auch der Roboter Auftrieb, der sich aus dem lithostatischen Druck ergibt. Diesen Druck üben höhere Sandschichten aufgrund ihres Gewichts auf tiefer gelegene aus. Weiter unten ist er höher als weiter oben. Ein Objekt, das sich horizontal durch den Boden bewegt erhält dadurch Auftrieb.

Der Neigungswinkel des Robotes kann ein Stück weit über die Menge an Druckluft gesteuert werden. Zusätzlich sind Sehnen im Inneren des Roboters angebracht, mit deren Hilfe die Spitze nach links und rechts, oben und unten gesteuert werden kann.

Hoher Energiebedarf

Mögliche Anwendungen auf der Erde umfassten die Entnahme von Bodenproben, minimalinvasive Bewässerung, das Suchen und Retten oder Kornspeicherinspektionen, schreiben die Forscher. Weitere Einsatzmöglichkeiten sehen sie bei der Erkundung anderer Himmelskörper.

In einem Kommentar in „Science Robotics“ schreibt Junliang Tao von der Arizona State University in Tempe, USA: „Obwohl dieser Roboter für langes, flaches, gerichtetes Graben in trockenen, losen Böden geeignet ist, ist er möglicherweise nicht ideal für Anwendungen in tiefen, feuchten, anhaftenden Böden oder für solche, die ungebundene, eigenständige Roboter ohne Oberflächenunterstützung erfordern.“

Außerdem sei die Nutzung des Roboters mit hohen Energiekosten für die Druckluft verbunden. Das sollte verbessert werden. (dpa)