Roboter bauen sich selbst zusammen

Origami ist eine alte japanische Faltkunst, bei der aus einem Blatt Papier ganz ohne Schere und Kleber erstaunliche Figuren entstehen – nur durch geschicktes Falten und Biegen. Dieses Prinzip übertrug eine Forschergruppe um Sam Felton von der Harvard University in Cambridge nun auf einen Roboter. Wie die Wissenschaftler im Fachblatt „Science“ berichten, besteht ihr Prototyp lediglich aus einem dünnen Kunststoffblatt, verklebt mit Papier, sowie zwei Motoren, Batterien und einer kleinen Steuereinheit.

Selbstfaltender Roboter

„Nicht nur von Origami-Techniken haben wir uns inspirieren lassen“, so Koautor Robert Wood, ebenfalls von der Harvard University. „Auch in der Natur gibt es viele Beispiele, wie etwa das Entfalten von Blättern oder Insektenflügeln.“ Die Forscher konstruierten ihren Faltroboter aus einem speziellen, formerinnernden Kunststoff, auf den sie dünne Leitungen aufbrachten: Floss ein Strom hindurch, wärmte sich der Werkstoff auf. Eine Temperatur von rund hundert Grad Celsius aktivierte das „Formgedächtnis“ des Kunststoffs und veranlasste ihn, sich in die gewünschte Gestalt zu verformen. Dank geschickter Geometrie und präziser Steuerung nahmen die Roboter so schrittweise ihre endgültige Form an. Nach nur vier Minuten war der Kunststoff wieder abgekühlt und ausgehärtet. Je zwei Roboterbeine konnten nun von einem Motor angetrieben werden, wobei jedes Bein über acht Scharniere verfügte, die die Bewegung des Motors in die gewünschte Bewegungsform umsetzten.

Sehr viel mehr als mit gut fünf Zentimetern pro Sekunde vorwärtskrabbeln oder sich langsam drehen, kann der Faltroboter derzeit noch nicht. Zudem funktionierte von drei Prototypen, die die Forscher bauten, nur einer so wie geplant. Bei den anderen beiden lag es allerdings nur an jeweils einem einzelnen Scharnier, das nicht ganz in die richtige Position gelangen wollte. Auch der Energieverbrauch für den Faltprozess ist noch relativ hoch: Ein Roboter zog etwa zehnmal mehr Leistung aus der Batterie als eine Glühbirne. Am Ende des Faltens war eine der beiden Batterien bereits leer. Zunächst wollte man aber einfach nur zeigen, dass das neue Bauprinzip überhaupt funktioniert.

„Durch das Falten kann man auf die Muttern und Bolzen verzichten, die man üblicherweise für Roboter oder andere elektromechanische Geräte braucht“, so Wood. „Dadurch kann man die Elektronik in das Gerät integrieren, während es noch flach ist.“ Damit lassen sich solche Roboter schnell und billig in großen Stückzahlen fertigen. Und mögliche Einsatzfelder gibt es viele: etwa bei Miniaturrobotern, die so klein sind, dass sie sich nur schwer per Hand bauen lassen. „Man könnte sich auch eine Gruppe aus Dutzenden Robotersatelliten vorstellen, die sich kompakt ins All bringen lassen und die sich dort dann sozusagen selbst zusammenbauen“, sagt Felton.