Roboter: Transformer aus Papier

Im Wissenschaftsmagazin Science führen Forscher einen autonomen Roboter vor, der sich selbst aus einem Blatt Papier zusammenfaltet.

Artikel veröffentlicht am , Matthias Matting
Dieser Roboter hat sich selbst gefaltet.
Dieser Roboter hat sich selbst gefaltet. (Bild: Seth Kroll/Wyss Institute)

Im Hasbro-Universum hieße er vielleicht Sheetah oder Sheelah. In einem Spielzeug-Universum, in dem sich Roboter die Form von Autos, Flugzeugen oder Panzern geben können, gälte ein Exemplar, das sich aus einem Blatt Papier faltet, wohl durchaus als originell - seiner wenig martialischen Herkunft wegen müsste es dann wohl auf der guten Seite dienen, bei den Autobots.

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Anders als seine riesigen Brüder, die nur in 3D-Software existieren, ist Sheetah aber real. Wissenschaftler der Harvard-Universität und des MIT im amerikanischen Cambridge haben dem Roboter beigebracht, sich selbst zusammenzufalten. Im Wissenschaftsmagazin Science stellen sie kurz nach dem Kinostart des neuen Transformers-Streifens ihr Verfahren vor.

Das Grundprinzip ist dabei erstaunlich simpel. Die gesamte Struktur besteht aus fünf Schichten. In der Mitte befindet sich eine biegsame Leiterplatte aus Polyimid. Darunter und darüber liegt je ein Blatt Papier. Die äußersten Schichten werden von Polystyren geformt, einem Plastik, das unter Stress hart geworden ist. Dieses Material liefert die Kraft für den Faltprozess. Erwärmt man über die Leiterbahnen in der mittleren Schicht bestimmte Gebiete des Polystyrens, verändert es an diesen Stellen seine Form, und zwar in einer Art und Weise, die sich durch die Gestaltung des Materials beeinflussen lässt.

Anleihe bei Origami

Die genaue Form haben die Forscher mit Software-Hilfe bestimmt - das Programm nimmt dazu Anleihen bei der Kunst des Origami-Faltens. Dabei kam es darauf an, dass sich die richtigen Teile zum passenden Zeitpunkt verbiegen, so dass am Ende die gewünschte Struktur entsteht. Das Ergebnis ist zum einen der erste, sich kriechend bewegende Roboter, der sich selbst zusammenfalten kann. Im Experiment brauchte Sheetah 270 Sekunden, um aus seiner flachen Form in die dreidimensionale zu wechseln. Danach konnte sich der Roboter mit einer Geschwindigkeit von 5,4 Zentimetern pro Sekunde vorwärts- und auch um Kurven bewegen.

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Motor und Akku waren allerdings nicht Teil der zweidimensionalen Struktur, und im Unterschied zu den Transformers aus dem Spielzeugladen lässt sich der Papier-Transformer auch nur mit Gewalt wieder plattmachen. Das ist aber auch gar nicht das Ziel der Forscher. Schon mit der einmaligen Verwandlung ließen sich nützliche Anwendungen umsetzen. Ein typischer Fall sind die Solarzellen-Paneele von Erdsatelliten. Diese müssen in der Regel auf sehr engem Raum komprimiert ins All transportiert werden - um sich dort zu ganzer Größe zu entfalten.

Selbstentfaltendes Metamaterial

Eine andere Anwendung haben Forscher der Cornell University im Sinn, die in derselben Ausgabe von Science Metamaterialien vorstellen, die sich auf ähnliche Weise selbst herstellen. Metamaterialien sind in der Natur nicht vorkommende Stoffe, die einen negativen Brechungsindex besitzen. Diese ungewöhnliche Eigenschaft lässt sich zum Beispiel dazu nutzen, einen optischen Tarnumhang zu konstruieren, indem man Licht um das zu versteckende Objekt herumleitet.

Ein Problem besteht hierbei darin, dass Metamaterialien nur für bestimmte Wellenlängen perfekt funktionieren. In rotem statt in blauem Licht würde das versteckte Objekt also plötzlich sichtbar. Das soll ein nach dem Origami-Prinzip selbstfaltendes Metamaterial ändern: Die Struktur, die die Forscher in ihrem Artikel beschreiben, kann ihre physikalischen Eigenschaften nach Bedarf ändern.

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