Robotik Roboter-Muskeln aus Silikon und Alkohol

Künstliche Muskeln sind die Voraussetzung zur Entwicklung von „Soft Robots“ – Weichroboter, die sich durch kleinste Lücken quetschen können. Jetzt haben Forscher den Prototypen eines solchen Muskels vorgestellt.
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Günstig in der Herstellung, aber noch langsam in der Anwendung. (Foto: Aslan Miriyev/Columbia Engineering)
Robotermuskel im Einsatz

Günstig in der Herstellung, aber noch langsam in der Anwendung. (Foto: Aslan Miriyev/Columbia Engineering)

HeidelbergWeich und verformbar, doch stark genug, um schwere Lasten zu heben, wenn es darauf ankommt. Das sind die Grundanforderungen an künstliche Muskeln, die eines Tages die Elektromotoren und hydraulischen Aktuatoren gängiger Roboter ersetzen könnten. Im Idealfall entsteht ein „Soft Robot“, ein Weichroboter, der sich wie ein Oktopus durch kleinste Lücken quetschen kann, weil keines seiner Bauteile starr und sperrig ist.

Leider kranken viele Weichroboter-Prototypen daran, dass sie zwar über weiche Muskeln verfügen, gleichzeitig jedoch auf herkömmliche, unflexible Komponenten angewiesen sind. Beispielsweise einen Kompressor, der die Pressluft für ihre Pneumatik liefert.

Robo-Gigant lässt die Erde beben
Erste Schritte eines Robo-Giganten
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Ein riesiger Roboter hat in Südkorea seine ersten menschenähnlichen Schritte gewagt: Als der vier Meter große und 1,5 Tonnen schwere Method-2 am Dienstag einen Fuß vor den anderen setzte, bebte der Boden.

Method-2
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Rund 30 Ingenieure hatten an dem bemannten Projekt gearbeitet, das laut der Roboterfirma Hankook Mirae Technology eine Weltpremiere ist. Der Roboter kann entweder ferngesteuert werden...

Pilot im Rumpf
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...oder im Rumpf nimmt ein Pilot Platz, der die Glieder der Maschine steuert.

Arbeitstier für gefährliche Gegenden
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„Unser Roboter ist der weltweit erste bemannte zweifüßige Roboter und wurde gebaut, um in extrem gefährlichen Gegenden zu arbeiten, in die Menschen nicht gehen können“, sagte der Chef von Hankook Mirae Technology, Yang Jin Ho.

Roboter-Schwergewicht
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Allein einer der Metallarme des Roboter-Giganten wiegt 130 Kilogramm.

Investitionen von mehr als 190 Millionen Euro
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Yang investierte nach eigenen Angaben seit 2014 mehr als 240 Milliarden Won (umgerechnet rund 191 Millionen Euro) in das Projekt.

Ein bisschen Hollywood
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Einer der Schöpfer von Method-2, der den militärischen Robotern aus dem Film Avatar sehr ähnelt, ist Vitali Bulgarow. Der Sciencefiction-Veteran arbeitete schon für Filmserien wie Transformers, Robocop und Terminator.

Der künstliche Muskel, den nun ein Forscherteam im Journal Nature Communications präsentiert, ist diesen älteren Ansätzen in mehrfacher Hinsicht überlegen: Er ist mit wenigen Cent pro Gramm extrem günstig in der Herstellung, das Material kann sich stark ausdehnen und hält dennoch wie gefordert starken Belastungen stand. Zudem benötigt er mit Ausnahme eines dünnen Stromkabels und einfacher Stromversorgung keine weiteren Anschlüsse.

Allerdings hat sich das Team um Hod Lipson von der Columbia University in New York diese Vorteile mit einigen Nachteilen erkauft: Erstens muss ihr Muskel für das Anspannen jedes Mal auf knapp 80 Grad Celsius erhitzt werden, was wiederum, zweitens, erhebliche Zeit in Anspruch nimmt. Ein Roboter mit solchen Muskeln könnte es sich folglich nur im (langsamen) Schneckentempo vorwärtsbewegen.

Interessant ist aber, wie die Forscher ihren Muskel ausgebaut haben. Tatsächlich sind dazu nur Allerweltsmaterialien nötig: Sie vermischen eine Silikonmasse mit reinem Alkohol und gießen daraus einen Muskel gewünschter Form, in den ein Heizdraht eingebettet wird. Alternativ lässt sich die Silikon-Alkohol-Masse auch dreidimensional drucken.

Im ausgehärteten Produkt ist der Alkohol in winzigen Bläschen eingeschlossen. Erhitzt man den Muskel mit Hilfe des Drahts, beginnt der Alkohol zu verdampfen und dehnt dabei das Silikon aus. Kühlt das Material ab, zieht es sich wieder zusammen. Zum Aufheizen genügen beispielsweise acht Volt und ein Ampere. So kann ein Gramm Muskel über 1000 Gramm Gewicht heben.

Greifer für empfindliche Objekte
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