PULLMAN / MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Zwei von Insekten inspirierte Roboter, ein Mini-Käfer und ein Wasserläufer, die an der Washington State University entwickelt wurden, könnten die kleinsten, leichtesten und schnellsten voll funktionsfähigen Mikroroboter sein, die je erschaffen wurden.
An der Washington State University wurden zwei von Insekten inspirierte Roboter entwickelt: ein Mini-Käfer und ein Wasserläufer. Diese gelten als die kleinsten, leichtesten und schnellsten voll funktionsfähigen Mikroroboter, die bisher bekannt sind.
Solche Miniatur-Roboter könnten eines Tages in Bereichen wie künstlicher Bestäubung, Suche und Rettung, Umweltüberwachung, Mikrofertigung oder robotergestützter Chirurgie eingesetzt werden. Die Forscher berichten über ihre Arbeit in den Proceedings der IEEE Robotics and Automation Society’s International Conference on Intelligent Robots and Systems. Der Mini-Käfer wiegt acht Milligramm, während der Wasserläufer 55 Milligramm auf die Waage bringt. Beide können sich mit etwa sechs Millimetern pro Sekunde bewegen.
“Das ist schnell im Vergleich zu anderen Mikrorobotern dieser Größenordnung, obwohl es immer noch hinter ihren biologischen Verwandten zurückbleibt”, sagt Conor Trygstad, Doktorand an der Fakultät für Maschinenbau und Werkstofftechnik und Hauptautor der Arbeit. Eine Ameise wiegt typischerweise bis zu fünf Milligramm und kann sich mit fast einem Meter pro Sekunde bewegen.
Das Geheimnis der winzigen Roboter liegt in ihren winzigen Aktuatoren, die die Bewegung der Roboter ermöglichen. Trygstad verwendete eine neue Fertigungstechnik, um den Aktuator auf weniger als ein Milligramm zu verkleinern – der kleinste, der jemals hergestellt wurde.
“Die Aktuatoren sind die kleinsten und schnellsten, die jemals für die Mikrorobotik entwickelt wurden”, sagt Néstor O. Pérez-Arancibia, Flaherty Associate Professor für Ingenieurwesen an der Fakultät für Maschinenbau und Werkstofftechnik der WSU, der das Projekt leitete.
Der Aktuator verwendet ein Material namens Formgedächtnislegierung, das seine Form ändern kann, wenn es erhitzt wird. Es wird als “Formgedächtnis” bezeichnet, weil es sich an seine ursprüngliche Form erinnert und dann in diese zurückkehrt. Im Gegensatz zu einem typischen Motor, der einen Roboter bewegen würde, haben diese Legierungen keine beweglichen Teile oder rotierenden Komponenten.
“Sie sind sehr mechanisch stabil”, sagt Trygstad. “Die Entwicklung des sehr leichten Aktuators eröffnet neue Bereiche in der Mikrorobotik.”
Formgedächtnislegierungen werden im Allgemeinen nicht für große robotische Bewegungen verwendet, da sie zu langsam sind. Bei den WSU-Robotern bestehen die Aktuatoren jedoch aus zwei winzigen Formgedächtnislegierungsdrahten mit einem Durchmesser von 1/1000 Zoll. Mit einer kleinen Menge Strom können die Drähte leicht erhitzt und abgekühlt werden, wodurch die Roboter ihre Flossen schlagen oder ihre Füße bis zu 40 Mal pro Sekunde bewegen können. In vorläufigen Tests konnte der Aktuator auch mehr als das 150-fache seines eigenen Gewichts heben.
Verglichen mit anderen Technologien, die zum Bewegen von Robotern verwendet werden, benötigt die SMA-Technologie auch nur eine sehr geringe Menge an Elektrizität oder Wärme.
“Das SMA-System erfordert viel weniger ausgefeilte Systeme, um sie anzutreiben”, sagt Trygstad.
Trygstad, ein begeisterter Fliegenfischer, hat die Bewegungen von Wasserläufern lange beobachtet und möchte ihre Bewegungen weiter erforschen. Während der WSU-Wasserläuferroboter eine flache Flatterbewegung zur Fortbewegung nutzt, macht das natürliche Insekt eine effizientere Ruderbewegung mit seinen Beinen, was einer der Gründe ist, warum das echte Insekt sich viel schneller bewegen kann.
Die Forscher möchten einen weiteren Insektentyp kopieren und einen Wasserläufer-Roboter entwickeln, der sich sowohl auf als auch knapp unter der Wasseroberfläche bewegen kann. Sie arbeiten auch daran, winzige Batterien oder katalytische Verbrennung zu nutzen, um ihre Roboter vollständig autonom und unabhängig von einer Stromversorgung zu machen.
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