Kriechender Schlangenroboter schafft 20 km/h

Schlangen und Kirigami, die japanische Papierschneidekunst, haben sich Harvard-Forscher bei der Entwicklung eines neuen geländegängigen Roboters zum Vorbild genommen. Wenn sich der Schlangenroboter streckt, verwandelt sich seine flache Kirigami-Oberfläche in eine 3D-Struktur, die sich wie Schlangenhaut an den Untergrund klammert und vorschiebt, ohne nach hinten wegzurutschen. Die einfache Maschine erreicht mit einem Top-Speed von 20 km/h ein erstaunliches Tempo.

«In den vergangenen Jahren hat es zahlreiche Forschungsarbeiten mit dem Ziel gegeben, dehnbare Strukturen aus einzelnen Elementen herzustellen», sagt Ahmad Rafsanjani, Doktorand an der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) und Mitglied des Entwicklerteams. «Wir haben gezeigt, dass Kirigami-Prinzipien in weiche Roboter integriert werden können, um eine Fortbewegung auf einfachere und billigere Weise zu erreichen, als es mit bisher eingesetzten Technologien möglich war.»

Die Forscher begannen mit einem Blatt aus Kunststoff. Mit einem Lasercutter schnitten sie zentimetergrosse Schlitze hinein, wobei sie mit unterschiedlichen Formen und Grössen experimentierten. Derart präpariert, wickelten sie das Blatt um einen schlauchförmigen Aktuator, der sich ausdehnt und zusammenzieht wie ein Luftballon. Wenn er sich ausdehnt, stellen sich die Kirigami-Zähne auf, sodass sie auf dem Untergrund Halt finden. Wenn die Luft wieder hinausgeht, legen sich die Zähne an und bilden eine glatte Fläche, die den Roboter flott über den Untergrund gleiten lässt.

Der Roboter ist komplett frei beweglich. In seinem Hinterteil haben die Forscher die Steuerung und die Energieversorgung untergebracht. Die Tests fanden auf dem Campus der Harvard University statt, zu der SEAS gehört. Dann experimentierten sie mit der Form der Zähne. Sie probierten dreieckige, rundliche und trapezförmige Zähne aus. Letztere erwiesen sich als am effektivsten, was nicht verwunderlich ist. Die Schlangenhaut in der Natur ist ähnlich strukturiert.

«Unsere geländegängigen Roboter werden sich in unzugänglichen Regionen bewegen, um sie zu erkunden und Menschen sowie andere Objekte zu suchen», sagt Katia Bertoldi, Professorin für Angewandte Mechanik. Sie kann sich sogar vorstellen, dass die Roboter im Kleinformat laparoskopische Eingriffe vornehmen, etwa eine Bauchspiegelung.