Amerikanische Forscher haben eine neue Entwicklung im Bereich der Soft-Robotics vorgestellt — ringförmige Mikroroboter, die durch die Energie von Infrarotstrahlung zu kontinuierlichen Sprüngen fähig sind. Diese ungewöhnlichen Mechanismen demonstrieren ein hohes Maß an Autonomie ohne den Einsatz komplexer elektronischer Schaltkreise und Batterien und stützen sich ausschließlich auf die physikalischen Eigenschaften von Materialien. Wissenschaftler der North Carolina State University stellen fest, dass das Projekt neue Horizonte bei der Schaffung kompakter autonomer Geräte eröffnet, obwohl zum gegenwärtigen Zeitpunkt die praktische Anwendung der entwickelten Apparate noch nicht feststeht.

Konstruktionsmerkmale und Funktionsweise

Das Hauptelement der Konstruktion ist eine elastische Schnur aus Fließkristall-Elastomer, deren Enden mit einem V-förmigen Aluminiumhalter sicher fixiert sind. Unter dem Einfluss externer Infrarotstrahlung beginnt diese Polymerschnur sich zusammenzuziehen, während sie sich gleichzeitig um ihre eigene Achse verdreht und potenzielle Energie speichert. Die innovative Aluminiumklammer hindert das Material am vorzeitigen Abwickeln, bis ein kritischer Spannungspunkt erreicht ist, woraufhin sich der Mechanismus abrupt löst, auf die Oberfläche aufschlägt und der gesamten Struktur eine starke Beschleunigung nach vorne oder oben verleiht.

Steuerung der Bewegungstrajektorie

Die Ingenieure fanden heraus, dass das Bewegungsmuster des Roboters durch Änderung der geometrischen Parameter der Halteklammer leicht gesteuert werden kann. So führt das Einstellen des V-förmigen Ausschnitts auf einen Winkel von 120 Grad dazu, dass das Gerät kriecht, eine Verringerung des Winkels auf 90 Grad schaltet den Mechanismus in den Vorwärtssprungmodus um und eine Verengung auf 50 Grad sorgt für einen vertikalen Start. Bemerkenswert ist, dass der miniaturisierte Roboter in der Lage ist, Entfernungen zurückzulegen, die ein Vielfaches seiner eigenen Größe ausmachen, indem er drei Körperlängen weit springt oder auf das Achtzigfache seiner Größe in die Höhe steigt.

Integrationsperspektiven und potenzielle Anwendungsbereiche

Die Einzigartigkeit des entwickelten Systems liegt darin, dass das Gerät nach einem Sprung keinen manuellen Eingriff benötigt, um in seine Ausgangsposition zurückzukehren — der Zyklus wiederholt sich kontinuierlich unter dem Einfluss der IR-Wärme. Obwohl die Entwickler noch keine konkreten Einsatzszenarien für ihre Roboter genannt haben, sieht die Expertengemeinschaft ein riesiges Potenzial in diesem Konzept. Dank der Möglichkeit, leichte Sensoren mit geringem Stromverbrauch zu integrieren, könnten solche Mechanismen in Zukunft von Forschern zur Überwachung schwer zugänglicher Zonen, zum Arbeiten in aggressiven flüssigen Umgebungen und zur Überwindung komplexer Hindernisse in unwegsamem Gelände eingesetzt werden.