Künstlicher Wasserläufer nutzt geschickt die Oberflächenspannung des Wassers (Foto: wsu.edu)
Käfer und Wasserläufer dienten Forschern der Washington State University als ideale Vorbilder
Forscher der Washington State University (https://wsu.edu) (WSU) haben zwei Roboter nach dem Vorbild eines Käfers und eines Wasserläufers gebaut. Sie sind eigenen Angaben nach die kleinsten und schnellsten der Welt. Angesichts des zunehmenden Insektenmangels sollen sie künftig Pflanzen bestäuben, bei Unfällen Suchaktionen starten, die Umwelt überwachen sowie in der Mikrofertigung und der Mikrochirurgie eingesetzt werden. Der Mini-Käfer wiegt nur acht Milligramm, während der Wasserläufer 55 Milligramm auf die Waage bringt.
Echte Insekten noch schneller
Beide Roboter bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von etwa sechs Millimetern pro Sekunde (0,02 Kilometer pro Stunde). “Das ist schnell im Vergleich zu anderen Mikrorobotern in dieser Größenordnung, auch wenn sie immer noch weit hinter ihren biologischen Vorbildern zurückbleiben”, sagt WSU-Forscher Conor Trygstad. Eine Ameise wiegt bis zu fünf Milligramm und kommt auf eine Geschwindigkeit von fast einem Meter pro Sekunde.
Der Schlüssel zur extremen Miniaturisierung ist die Herstellung winziger Aktuatoren, die die Roboter in Bewegung setzen. “Es sind die kleinsten und schnellsten, die je für die Mikrorobotik entwickelt wurden”, so Projektleiter Néstor O. Pérez-Arancibia. Sie bestehen aus einer Formgedächtnislegierung, die zwischen zwei mechanischen Zuständen wechseln, die durch Temperaturänderungen ausgelöst werden. Sie “erinnern” sich an ihre ursprüngliche Form, wenn sie erwärmt werden.
Miniaturisierung sorgt für Beschleunigung
Formgedächtnislegierungen werden im Allgemeinen nicht für die Bewegung von Robotern verwendet, weil sie zu langsam reagieren. Doch dieses Manko haben die WSU-Forscher überwunden, indem sie die Aktuatoren aus zwei Drähten aus einer Formgedächtnislegierung mit einem Durchmesser von gerade einmal 25 Mikrometern herstellten.
Mit einer geringen Stromstärke lassen sich die Drähte blitzschnell erwärmen und kühlen ebenso schnell wieder ab, so dass die Roboter mit ihren Flossen schlagen oder ihre Füße bis zu 40 Mal pro Sekunde bewegen können. In ersten Tests konnten die Roboter mehr als das 150-fache ihrer Eigengewichte heben. An der Energieversorgung müssen die Forscher allerdings noch arbeiten. Sie reicht bisher nur für kurze Zeit.
