Das Bild von beweglichen Maschinen – sprich Robotern – ist stark davon geprägt, dass diese großteils aus harten Materialen gebaut sind. An der Idee, solche Systeme auch auf Basis weicher Werkstoffe aufzubauen, arbeitet die Forschungsgruppe um Martin Kaltenbrunner von der Abteilung Physik der Weichen Materie und dem „LIT Soft Materials Lab“ der Universität Linz bereits seit Jahren.
Der Grundgedanke dahinter ist immer, die Voraussetzungen zu schaffen, damit Roboter und Mensch künftig enger miteinander interagieren können, ohne dass die starre Maschine dem Menschen körperlich schadet.
Neue Ansätze bei Werkstoffen
Im Juni präsentierten die Wissenschaftler einen neuen Ansatz für elektromagnetische Motoren, in denen anstatt von Kupferdraht und Eisen ein elastischer Werkstoff und Flüssigmetall die Grundzutaten des sogenannten Aktuators (Bauteil, der ein elektrisches Signal in Bewegung umsetzt, Anm.) bilden. Ebenso erst kürzlich stellten sie im Fachjournal „Nature Materials“ ein neuartiges Biogel vor, das dehn- und biegbar sowie ausreichend stabil ist, um mit elektronischen Bauteilen zu einer Art weichem Roboter kombiniert zu werden.
Biegsamer Kunststoff macht Formveränderung schneller
Nun zeigte ein Team um Kaltenbrunner und Denys Makarov vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (Deutschland) einen weiteren Schritt in Richtung dieser Maschinen vor. Bisher hatten derartige weiche Systeme, die drahtlos zur Bewegung angestiftet werden können, den entscheidenden Nachteil, dass sie nur recht träge ihre Form verändern konnten, schreiben die Forscher. Ihre neue Idee beruht auf dem Einsatz des biegsamen Kunststoffes Polydimethylsiloxan, in den magnetische Mikropartikel aus einer Legierung aus Neodym, Eisen und Bor gemischt wurden.
Je nachdem, welche Form die Forscher ihren kleinen, weichen Robotern gaben, wo sie die Mikropartikel platzierten oder welche Dicke die Werkstoffe haben, konnten diese verschiedene Bewegungen ausführen, wenn sie einem veränderlichen Magnetfeld in der Umgebung ausgesetzt wurden. Aufgrund der Tatsache, dass diese Aktuatoren nur wenige Mikrometer dünn und wenige Mikrogramm leicht sein können, benötigt es dazu geringen Energieaufwand. Die Bauteile können ihre Bewegungen überdies millionenfach wiederholen, ohne sich dadurch zu verändern, so die Wissenschaftler.
Und es funktioniert:
Künstliche Blüte ist schnell genug, um Fliegen zu fangen
So bauten Kaltenbrunner und Kollegen winzige Roboter, die durch die Einwirkung und Veränderung des Magnetfeldes zum Schweben, Schwimmen oder im weitesten Sinne zum Gehen gebracht werden. Dass sich auf diese Weise auch eine Fliege kurzzeitig einfangen lässt, die sich in einer stilisierten Blüte niederlässt, deren Blütenblätter sich in wenigen Millisekunden schließen, illustrierten sie ebenfalls.
Ziel: Einsatz bei OPs im menschlichen Körper
Damit eröffnen sich laut den Wissenschaftern neue Möglichkeiten zur Entwicklung von weichen Robotern, die auch sehr schnelle Bewegungen ausführen. Die längerfristige Idee besteht vor allem darin, einmal komplexere Mini-Maschinen herzustellen, die beispielsweise im menschlichen Körper dabei helfen könnten, verstopfte Blutbahnen zu säubern. Dazu müssten die verwendeten Materialen jedenfalls biologisch abbaubar und gut kontrollierbar sein.