Microbots dank Origami-Technik extrem variabel

Mikroroboter, die weniger als einen Zentimeter groß sind, passen sich in ihrer Form an die jeweilige Aufgabe an. Die Forscher der University of Michigan wurden von der japanischen Papierfaltkunst Origami zu ihrer Innovation inspiriert. [...]

Test eines Origami-Microbots im Labor.
Test eines Origami-Microbots im Labor. (c) Robert Coelius / umich.edu

Heute können Mikrobots Aufgaben nur in begrenztem Umfang erfüllen, weil sie eine vorgegebene Form haben. Um sich etwa in wechselnden Umgebungen zu bewegen, müssen sie ihre Form ändern, etwa, um einen engen Durchlass zu passieren. Das geht umso besser, je stärker sie sich durch Faltung anpassen. Je größer die Winkel sind, die die einzelnen Segmente zueinander bilden können, desto flexibler werden sie. Filipov und Kenn Oldham, Professor für Maschinenbau und Mitentwickler, sehen als Einsatzmöglichkeiten medizinische Geräte und die Umweltüberwachung.

„Wir haben eine neue Methode zum Entwerfen, Herstellen und Bewegen von Mikrobots entwickelt“, so Evgueni Filipov, Assistenzprofessor für Bau- und Umweltingenieurwesen.

Zum Bewegen der Segmente haben sich die Forscher etwas Besonderes ausgedacht. Der Aktuator besteht aus einer feinen Goldschicht und einer Kunststofffolie. „Strom, der durch die Goldschicht fließt, erzeugt Wärme“, sagt Filipov. „Diese setzen wir in Bewegung um, sodass Faltungen entstehen.“ Um diese rückgängig zu machen, müssen sie das Edelmetall lediglich abkühlen. Physikalisch gesehen handelt es sich um einen elektrothermalen Aktuator. Wärme setzt sich in Bewegung um. Das bekannteste Beispiel ist das Bimetall, das Radiatoren steuert. Ist die Luft warm genug, schaltet er das Gerät aus. Elektrothermische Aktuatoren beruhen darauf, dass sich zwei Werkstoffe bei Erwärmung unterschiedlich stark ausdehnen.

Kunststoff mit Formgedächtnis

Bisher wird der kleine wandlungsfähige Roboter an der Leine geführt. Diese dient der Übertragung von Strom. Noch ist der Origami-Bot zu schwach, um Batterien zu transportieren. Die Neuentwicklung hat viele Vorteile. So musste bisher für jede Aufgabe ein eigener Robotertyp eingesetzt werden. Das bedeutet hohen logistischen Aufwand, der bei einem wandlungsfähigen System entfällt. Ein solches Gerät, das allerdings auf der Nutzung von Kunststoffen mit Formgedächtnis beruht, haben vor rund drei Jahren Forscher am Massachusetts Institute of Technology  entwickelt.


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