Nudel-Roboter kartiert Räume ohne externe Steuerung
Ein Twisted Robot kann sich selbstständig in unterschiedlicher Weise fortbewegen und dabei einen Raum kartieren.
Yin Lab (Screenshot)
Forscher der North Carolina State University (NC State) haben einen Roboter in Form einer Rotini-Nudel entwickelt, die sich in drei unterschiedlichen Weisen fortbewegen kann, ohne dass er von einem Menschen oder einem Computer gesteuert wird. Der Roboter kann vorwärts rollen, rotieren und sich um einen zentralen Punkt drehen.
Der Twisted Ringbot besteht aus bandförmigen Flüssigkristall-Elastomeren, die wie eine Rotini-Nudel verdreht sind. An ihren Enden sind sie zu einer Schleife zusammengefügt, ähnlich wie bei einem Armband, schreiben die Wissenschaftler in ihrer Studie "Defected twisted ring topology for autonomous periodic flip–spin–orbit soft robot", die in Proceedings of the National Academy of Sciences erschienen ist.
Demnach bewegt sich der Roboter, sobald er auf eine Oberfläche gestellt wird, die mindestens 55° Celsius heißer als die Umgebungstemperatur ist. Dann zieht sich der Teil des Bandes zusammen, der die Oberfläche berührt, während der andere Teil des Bandes, der der Umgebungstemperatur ausgesetzt wird, formstabil bleibt. Durch diesen Vorgang wird eine Rollbewegung ausgelöst, die schneller wird, je wärmer die Oberfläche ist.
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"Das Band rollt um seine horizontale Achse und verleiht dem Ring einen Vorwärtsimpuls", sagt Jie Yin, außerordentlicher Professor für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik an der NC State und Mitautor der Studie.
Raumkartierung
Die Bewegungen des Roboters können je nach gewünschtem Einsatzzweck durch eine andere Gestaltung angepasst werden. So sorgt etwa eine Verdrehung des Bandes für eine andere Bewegungsrichtung. Über eine Änderung der Breite des Bandes kann die Geschwindigkeit abgestimmt werden. Den Forschern ist es damit gelungen, dem Roboter drei verschieden Bewegungen durchführen zu lassen: vorwärtsrollen, um sich selbst rotieren und kreisförmig um einen zentralen Punkt bewegen. Letzteres führt dazu, dass der Roboter, sobald er an eine Begrenzung stößt, sich an ihr entlang bewegt und so etwa den Konturen unterschiedlicher enger Räume folgen kann.
"Unabhängig davon, wo der verdrehte Ringroboter in diese Räume eingeführt wird, ist er in der Lage, sich einen Weg zu einer Grenze zu bahnen und den Grenzlinien zu folgen, um die Konturen des Raums abzubilden – egal, ob es sich um ein Quadrat, ein Dreieck usw. handelt", sagt Fangjie Qi, Erstautor der Studie und Doktorand an der NC State. "Er identifiziert auch Lücken oder Schäden in der Begrenzung."
Die Wissenschaftler konnten mit zwei Twisted Ringbots, die in verschiedene Richtungen rotierten, selbst komplexe Räume kartieren. Die Forscher verglichen dazu die Bahnen der beiden Roboter und konnten dadurch die Konturen des Raums nachvollziehen. Nach Angaben der Wissenschaftler reicht es aus, mehrere der kostengünstig herzustellenden Twisted Ringbots in einen Raum zu setzen, um ein noch detaillierteres Abbild zu erreichen.
Die Wissenschaftler wollen ihre Forschungsarbeit nun erweitern und neue Optionen für weitere Fortbewegungen finden.
(olb)