Biomimetik: Roboter kann über das Wasser laufen

Robotischer Wasserläufer: im "Pop-up"-Verfahren gebaut (Bild: Seoul National University)

Dieser Roboter kann nicht schwimmen. Muss er auch nicht: Er kann übers Wasser laufen und sogar vom Wasser aus abspringen. Er ist einem Insekt nachempfunden.

Wer kann schon übers Wasser laufen? Die, die so heißen - und ein Roboter, den Forscher aus den USA und Südkorea gebaut haben. Der ahme sogar ein schwieriges Manöver des natürlichen Vorbilds, dem Wasserläufer, nach, schreiben die Wissenschaftler von der Harvard Universität und der Staatlichen Universität in Seoul (SNU) in der Fachzeitschrift Science.

Der Roboter hat einen etwa 2 Zentimeter großen Körper und wiegt knapp 70 Milligramm. Er hat vier lange Beine aus einem dünnen Draht, die mit einem super-hydrophoben Material beschichtet sind. Die Enden der Beine sind nach oben gebogen. Als Antrieb dient ein Katapultmechanismus, der den Roboter in die Luft schnellen lässt. Vorbild dafür war das Bein eines Flohs.

Der Roboter wird aufgeklappt

Gebaut haben die Forscher den Roboter im "Pop-up"-Verfahren. Dabei wird aus einer Grundplatte die Form des Roboters mit einem Laser ausgeschnitten, die dann mit Scharnieren an der Platte hängt. Anschließend wird der Roboterwasserläufer in eine dreidimensionale Form gedrückt - ähnlich wie eine Figur in einem Aufklapp-Bilderbuch. Die Grundplatte besteht aus verschiedenen Materialien, die in Schichten übereinander liegen.

Das Verfahren wurde von Wissenschaftlern der Harvard School of Engineering and Applied Sciences vor einigen Jahren entwickelt. Damit lassen sich beispielsweise Miniroboter wie die Robobee einfach in großer Zahl herstellen.

Wasserläufer können vom Wasser abspringen

Wasserläufer können nicht nur auf dem Wasser laufen. Sie können auch von der Wasseroberfläche aus in die Höhe springen, und zwar ebenso gut wie von festem Boden aus. Das kann der Roboter auch.

Um herauszufinden, wie die Insekten von der Wasseroberfläche abspringen, filmten die Wissenschaftler sie mit einer Hochgeschwindigkeitskamera. "Um springen zu können, muss mit der richtigen Geschwindigkeit eine angemessene Zeit lang bis in eine bestimmte Tiefe Druck auf die Wasseroberfläche ausgeübt werden", sagt Kyu Jin Cho von der SNU.

Bei zuviel Druck sinkt das Bein ein

Die Wasserläufer beherrschten das perfekt, sagt er. Ihre Beine haben gebogene Spitzen. Mit einer Drehbewegung der Beine können sie sich von der Wasseroberfläche empor schnellen. Das haben die Forscher nachgebaut - per Versuch und Irrtum. "Wenn man den Druck auf die Wasseroberfläche so schnell wie möglich ausübt, sinkt man durch die Oberfläche ein und kommt nirgendwo hin", beschreibt Harvard-Forscher Robert Wood. Zudem fanden die Wissenschaftler heraus, dass es am besten ist, so lange wie möglich den Kontakt zum Wasser zu halten.

Der Roboter kann vom Wasser abspringen, ohne einzusinken. Dabei übt er eine Kraft von 140 Millinewtonmeter auf die Wasseroberfläche aus - bei mehr als 144 Millinewtonmeter würde er durch die Wasseroberfläche durchbrechen. Beim Absprung ist er etwa 1,6 Meter pro Sekunde (5,76 Kilometer pro Stunde) schnell, und er springt über 14 Zentimeter hoch. Bemerkenswert ist, dass der Roboter vom Wasser besser abspringt als von festem Grund.