Roboter Schlangenroboter nach japanischer Kirigami-Methode gebaut

Nach dem Vorbild einer Schlange konstruieren Harvard-Wissenschaftler einen Roboter, der mit bis zu 20 km/h über den Boden kriechen kann. Das Besondere: Der flexible Roboter ist nach der japanischen Kirigami-Kunst hergestellt.

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Wer braucht schon Beine? Das haben sich Harvard-Forscher bei der Entwicklung eines geländegängigen Roboters gefragt und kurzerhand einen Schlangenroboter gebaut. Denn ganz nach dem Vorbild von Schlangen ist der Roboter sehr geländegängig. Grund ist die Haut des Roboters, die den Schuppen einer Schlange nachempfunden ist und ebenso flexibel den beweglichen Körper auf verschiedenem Untergrund voranbringt.

Das Besondere ist die Herstellung der Roboterhaut: Die Forscher bedienten sich der japanischen Papierschneidekunst Kirigami, um die komplexe Haut herzustellen. Streckt sich der Roboter, so verwandelt sich die glatte Kirigami-Oberfläche in eine 3D-Struktur, die sich am Boden festhält – ganz wie Schlangenhaut. Mit dieser simplen Technik erreicht der Roboter immerhin eine Geschwindigkeit von 20 km/h.

Kirigami-Design sorgt für schnelle und einfache Fortbewegung

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Die Forscher begannen mit einem einfachen Blatt aus Kunststoff. Mit einem Lasercutter schnitten sie zentimetergroße Schlitze hinein, wobei sie mit unterschiedlichen Formen und Größen experimentierten. Derart präpariert wickelten sie das Blatt um einen schlauchförmigen Aktuator, der sich ausdehnt und zusammenzieht wie ein Luftballon. Wenn er sich ausdehnt, stellen sich die Kirigami-Schuppen auf, sodass sie auf dem Untergrund Halt finden. Wenn die Luft wieder hinausgeht, legen sich die Schuppen an und bilden eine glatte Fläche, die den Roboter flott über den Untergrund gleiten lässt.

Ahmad Rafsanjani, Doktorand und Mitglied des Entwicklerteams, sagt: „Wir haben gezeigt, dass Kirigami-Prinzipien in weiche Roboter integriert werden können, um eine Fortbewegung auf einfachere und billigere Weise zu erreichen, als es mit bisher eingesetzten Technologien möglich war.“

Form der Zähne an Vorbild der Schlange angepasst

Der Roboter ist komplett frei beweglich. In seinem Hinterteil haben die Forscher die Steuerung und die Energieversorgung untergebracht. Auch an der Form der Schuppen experimentierten die Forscher – sie probierten dreieckige, rundliche und trapezförmige aus. Letztere erwiesen sich als effektivsten, was nicht verwunderlich ist. Die Schlangenhaut in der Natur ist ähnlich strukturiert.

„Unsere geländegängigen Roboter könnten sich in unzugänglichen Regionen bewegen, um sie zu erkunden und Menschen und andere Objekte zu suchen“, sagt Katia Bertoldi, Professorin für Angewandte Mechanik. Sie kann sich sogar vorstellen, dass die Roboter in Kleinformat laparoskopische Eingriffe vornehmen, etwa eine Bauchspiegelung.

Das Paper ist in Science Robotics erschienen.

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