Modularer Roboter: Granulobot ändert seine Form fließend
Der Roboter Granulobot setzt sich aus einzelnen Einheiten zusammen, die nach dem Prinzip der Verklemmung sich zu einem einzelnen "fließenden" Roboter verbinden.
(Bild: Heinrich M. Jaeger u. a. (Screenshot))
Ein Forschungsteam mit Wissenschaftlern der University of Chicago, des James Franck Institute und des Illinois Institute of Technology haben einen formverändernden Roboter entwickelt, der sich selbst in einzelne Teile aufspalten und in neuer Form wieder zusammensetzen kann, um sich so seiner Umgebung anzupassen. Der Granulobot genannte Roboter besteht aus mehreren einzelnen kleinen Einheiten, die im Schwarm agieren.
Granulobot setzt sich aus mehreren gleichen Teilen zusammen, beschreiben die Wissenschaftler das Robotersystem in der Studie "A self-organizing robotic aggregate using solid and liquid-like collective states", die in Science Robotics erschienen ist. Bei den Teilen handelt es sich um recht einfach aufgebaute, zylinderförmige, getriebeähnliche Einheiten mit Rädern, die um die Zylinderachse drehen und sich teils elektromotorisch angetrieben, teils frei bewegen können. Die Einheiten sind mit zwei Festmagneten ausgestattet, die sich ebenfalls um die Zylinderachse drehen. Einer davon dreht frei, der andere wird von einem Elektromotor angesteuert. Dadurch können die Einheiten aneinander andocken und nahezu beliebige Formen annehmen. Es können sich auch einzelne Einheiten zunächst zusammenfinden und dann mit anderen einzelnen oder bereits miteinander verbundenen Einheiten verbinden.
Sobald die Einheiten sich zusammengefunden haben, schieben sie ihren Nachbarn an und bringen ihn ebenfalls in Bewegung. Dadurch kann sich der entstandene Roboter als Ganzes in einer Art Schwarm fortbewegen.
Prinzip der Verklemmung
Das Prinzip des Roboters basiert auf granulatartigen Materialien – deshalb auch die Bezeichnung Granulobot. Diese Materialien können zwischen flüssigen und festen Verhaltensweisen quasi umschalten. Das hängt davon ab, wie stark der Kontakt untereinander ausfällt. Dabei tritt ein Phänomen auf, das als Verklemmung bezeichnet wird. Es tritt auf, wenn Teilchen in einem ungeordneten, chaotischen System so dicht aneinander liegen, dass ihr Fluss gestoppt wird.
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Die einzelnen beweglichen Zylinder des Granulobots sind zwar deutlich größer als herkömmliche granulatartige Materialien wie etwa gemahlener Kaffee. Allerdings funktioniert der Roboter nach dem gleichen Prinzip: "Das Verklemmen ist die Grundlage dafür, dass der Granulobot von einem formbaren, eher flüssigen Verhalten in etwas übergehen kann, das eher einem Festkörper ähnelt", sagt Heinrich Jaeger, Physikprofessor an der University of Chicago und einer der Autoren der Studie. Der formveränderliche Roboter hat einige Vorteile: Er kann sich seiner Umgebung anpassen und so etwa enge Passagen und Hindernisse bewältigen.
(olb)