Biomimetik: Miniroboter zieht Vielfaches seines Eigengewichts nach oben

Der Roboter ist klein, die Last groß: US-Forscher haben einen winzigen Roboter gebaut, der mit einem immensen Gewicht beladen an einer Glasscheibe hochklettert. Bewegung und Haftung sind von der Natur abgekupfert.

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Robotisches Kraftpaket: als ob ein Mensch beim Klettern einen Elefanten mitschleppt
Robotisches Kraftpaket: als ob ein Mensch beim Klettern einen Elefanten mitschleppt (Bild: Stanford University/ Screenshot: Golem.de)

Er sieht gar nicht wie ein Kraftpaket aus, der Miniroboter, den Forscher der Stanford-Universität in Kalifornien gebaut haben. Er hängt an einer Glasscheibe und zieht dabei ein Gewicht, das hundertmal schwerer ist als er selbst, wie das britische Wissenschaftsmagazin New Scientist berichtet. Raupen und Eidechsen waren die natürlichen Vorbilder.

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Der neun Gramm schwere Roboter besteht aus zwei Plättchen und bewegt sich mit einer raupenartigen Bewegung vor- respektive aufwärts: Mit einem Plättchen hält er sich, das andere wird vorwärts bewegt. Dann zieht er das andere Plättchen nach. Während der Roboter sich an einer Glasscheibe nach oben hangelt, schleppt er ein Gewicht von über einem Kilogramm mit sich - also mehr das als Hundertfache seines Eigengewichts.

Mensch klettert mit Elefant

Auf unsere Maßstäbe übertragen hieße das: Ein Mensch klettert an der gläsernen Fassade eines Hochhauses hinauf und nimmt dabei einen ausgewachsenen Elefanten mit nach oben, wie die Forscher des Biomimetics and Dexterous Manipulation Lab (BDML) an der Universität von Stanford schreiben.

Der Grund dafür, dass der Roboter sich an der Scheibe halten kann, ist die Unterseite der Plättchen: Sie besteht aus sehr feinen Härchen aus Gummi, die alle gleich ausgerichtet sind. Werden die Härchen gegen eine Oberfläche gedrückt, krümmen sie sich und vergrößern so ihre Oberfläche. Dadurch haften sie an der Oberfläche.

Gecko war Vorbild

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Anisotrope Adhäsion nennen die BDML-Forscher das Prinzip. Abgeschaut ist es aus der Natur, vom Gecko: Der Zeh eines Geckofußes besteht aus Lamellen, die wiederum mit einer Vielzahl von Härchen besetzt sind. Sie sind so klein, dass sie mit den Molekülen der Oberfläche, an der die Echse hochklettert, interagieren: Es entsteht eine Anziehungskraft, die sogenannte Van-der-Waals-Kraft, die den Gecko an der Wand hält.

Die Adhäsion funktioniert nur in eine Richtung. Wird ein Plättchen in die entgegengesetzte Richtung gezogen, reicht wenig Energie aus, um sie von der Oberfläche zu lösen. Die Adhäsion funktioniert auch in ganz kleinem Maßstab: Die Forscher haben einen nur 20 Milligramm schweren Kletterroboter gebaut, der eine 500 Milligramm schwere Büroklammer mit nach oben schleppt.

Mini-Traktor zieht schweres Gewicht

Ein weiterer Roboter, der sich fest an eine Oberfläche heften muss, ist der μTug oder Micro-Tug. Das ist ein 12 Gramm schwerer Roboter, der ein Gewicht über eine waagerechte Oberfläche zieht. Das kann das 2.000 Mal so schwer sein wie er selbst.

Die BDML-Forscher arbeiten schon länger an Robotern mit Geckofüßen: 2010 stellten sie den Stickybot vor, der ebenfalls an einer Glasscheibe hochklettern konnte.

Die Forscher wollen ihre Haft-Roboter auf der International Conference on Robotics and Automation (Icra) vorstellen. Die Icra findet vom 26. bis 30. Mai in Seattle im US-Bundesstaat Washington statt.

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