Ingenieure schauen hydraulischen Antrieb von der Tierwelt ab
Spinnenbein ist Vorbild für Mini-Roboter

Roboter sind aus der industriellen Produktion längst nicht mehr wegzudenken. Jetzt nehmen sich Forscher Spinnenbeine zum Vorbild: Deren sensible Antriebe und komplexe Bewegungen sollen mit Mini-Robotern nachgeahmt werden. So wären künftig winzigste Fertigungen möglich - etwa in der Medizintechnik.

DÜSSELDORF. Ingenieure vom Institut für Biomechatronik der Universität Ilmenau wollen von der Tierwelt lernen: Sie entwickeln Mini-Roboter mit hydraulischen Antrieben und speziell entwickelten Materialien, die sie den so genannten Springspinnen abgeschaut haben. Diese Tiere verdanken ihre extremen Springleistungen vor allem weichen Chitin-Gelenken, in denen sie einen hohen Druck aufbauen können, der sich dann quasi im Sprung entlädt.

Das Forscherteam um die Mathematikerin und Maschinenbauingenieurin Lena Zentner will die zoologischen Kenntnisse über den Panzer und die Gelenke der Springspinnen nun in die Konstruktion von Hochleistungs-Mini-Robotern einfließen lassen. Diese sollen nach dem Willen der Wissenschaftler die Fertigung von Mikro-Werkstücken revolutionieren und medizinische Sonden, Greifer und automatische Medikamenten-Dosiersysteme bauen.

Die Technik: Erst schleichen, dann springen

Die zur Familie der Salticidae gehörenden Springspinnen haben sich eine besondere Jagdtechnik angeeignet: Sie beschleichen ihre Beute und überwältigen sie aufspringend -- eine Methode, die sie im Laufe der Evolution perfektioniert haben. Ergebnis dieser Entwicklung sind vor allem ausgeklügelte Sprunggelenke und Panzersubstanzen: die so genannten stoffschlüssigen Gelenke. Indem die Gelenkzapfen und die Gelenkhaut ihrer Rüstung beide aus einer einzigen Substanz, einem Chitin-Polymer bestehen, das lediglich in seiner Dichte und Verhärtung variiert, vermeiden die Tiere lange Übertragungsstrecken und Kräfteverluste. So ist der Panzer an den Gelenken weich und nachgiebig, während er am Röhrenbein eher hart und starr ist.

Doch nicht nur diese "Rüstung aus einem Guss" ist der Schlüssel zum Erfolg. Weil es den Spinnen an Muskeln fehlt, welche die Beine in den Gelenken beugen und strecken könnten, nutzen sie ein raffiniertes Bewegungsprinzip: den inneren Druckaufbau. Die Forscher entdeckten, dass der Motor des Spinnensprungs die "Blut-Lymphe" ist, die aus dem Spinnenkörper in die Beine bis zu den Gelenken gepumpt wird, um Sprungkraft aufzubauen.

Die Ilmenauer Forscher setzen in ihrer Entwicklung millimeterkleine Hohlformen aus Silikon-Kautschuk ein, die sich unter Druck bewegen können. Die unterschiedliche Vernetzung des Silikons ermöglicht dabei die Fertigung von Gelenken mit integriertem Antrieb aus einem einzigen Material. Durch eine innere Druckänderung, die hydraulisch oder pneumatisch erzeugt werden kann, ändert sich vorübergehend die Materialsteifigkeit, und eine Bewegung wird erzeugt. "Die weichen Mini-Gelenke können hintereinander angebracht und individuell aktiviert werden, was komplexe räumliche Bewegungen ermöglicht", erklärt Lena Zentner.

Einsatzmöglichkeiten der Mini-Roboter sieht sie zum Beispiel in bruchfesten Sonden ohne Ecken und Kanten, Mikrogreifern, Dosiersystemen, die zyklisch Medikamente abgeben und selbstbewegenden Sonden, die nicht mehr von der Chirurgenhand durch Gewebe geschoben werden, sondern wie winzige Ringelwürmer in hochsensible Gewebeteile vordringen können.

Auch Chemiker der Universität Budapest erforschen die weichen Gelenke der Spinnen. In einer eigenen Firma entwickeln die ungarischen Forscher für chirurgische Kliniken schon spezielle Implantate wie bewegliche Finger und flexible Linsen.

Doch nicht nur in der Medizintechnik lassen sich die Mini-Roboter einsetzen: "Wo winzigste Mikrochips aus empfindlichen Einzelteilen zusammengesetzt werden, sind Roboter gefragt, die komplexe Bewegungsabläufe im Mikrometerbereich sensibel koordinieren können", sagt Michael Hauptmann von der Firma KUKA-Roboter in Augsburg, die ebenfalls an neuen Mikro-Robotern forscht. Was heute in der Mikroelektronik moderne Schaltkreise aus Silizium sind, könnten morgen in der Mikrotechnik weiche Silikon-Kautschuk Roboter sein, blickt Hauptmann in die Zukunft.

Quelle: Handelsblatt

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