Künstliche Muskeln bringen Roboterbein zum Springen
Europäische Forschende haben ein hüpfendes Roboterbein entwickelt, das von elektrohydraulischen künstlichen Muskeln bewegt wird. Die Beinbewegungen haben sich die Forscher von echten Lebewesen abgeschaut.
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Die elektrohydraulische Antriebsweise unterscheidet sich grundlegend von bisherigen Methoden zur Bewegung von Robotern, die heute etwa in Fabriken ihrer Arbeit nachgehen. Denn für gewöhnlich werden dabei Elektromotoren eingesetzt – die Verwendung von künstlichen Muskeln ist etwas Neues. Durch solche Ansätze könnten Roboter eine ähnliche Bewegungsfähigkeit erhalten wie echte Lebewesen.
Verkürzung und Verlängerung
Wie menschliche oder tierische Beine besitzt das Roboterbein Streck- und Beugemuskeln, sodass es sich in beide Richtungen bewegen kann. Diese elektrohydraulischen Aktuatoren, auch HASELs genannt, sind über Sehnen am Roboterskelett befestigt.
Die Aktuatoren bestehen aus mit Öl gefüllten Plastikbeuteln, die zur Hälfte mit einem leitfähigen Material beschichtet sind – das sind die Elektroden. "Sobald wir Spannung an die Elektroden anlegen, ziehen sie sich aufgrund statischer Elektrizität gegenseitig an. Wenn ich einen Luftballon an meinem Kopf reibe, bleiben meine Haare aufgrund der gleichen statischen Elektrizität am Ballon haften. Wenn man die Spannung erhöht, ziehen sich die Elektroden näher zusammen und schieben das Öl im Beutel auf eine Seite, wodurch der Beutel insgesamt kürzer wird“, erklärt der Forscher Thomas Buchner in einer Aussendung.
Das Roboter bein (rechts) in der Detailaufnahme.
© Thomas Buchner und Toshihiko Fukushima
Weil diese Aktuatoren paarweise angeordnet sind, können sie sich wie echte Muskeln bewegen: Verkürzt sich ein Muskel, verlängert sich gleichzeitig sein Gegenspieler. Die Muskelbewegungen werden von einem Computerprogramm gesteuert.
Meistert verschiedene Terrains
Dank seiner besonderen Bauweise kann das Bein über verschiedene Untergründe wie Gras, Kiesel und größere Steine hüpfen. Es erkennt das Terrain und kann Hindernisse überspringen. Das System ist sehr beweglich und kann relativ hoch springen, ohne dass besonders komplexe Sensoren erforderlich wären. Während bei einem Elektromotor ständig ein Sensor die Winkelposition des Roboterbeins überwachen muss, passt sich der künstliche Muskel durch Interaktion schneller an seine Umgebung an.
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Energieverbrauch
Für seine Bewegungen soll das Roboterbein wenig Energie benötigen. Die Forschenden untersuchten, wie viel der entstehenden Energie in Wärme umgewandelt wird. Im Vergleich zum neuen Bein erzeugt ein herkömmliches motorbetriebenes Bein deutlich mehr Wärmeenergie, wie ein Vergleich mittels Wärmebildkamera zeigte.
Die Wärmebildkamera offenbart eine geringere Hitzeentstehung.
© Thomas Buchner und Toshihiko Fukushima
Das Bein ist eine gemeinsame Entwicklung des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme und der ETH Zürich. Momentan steht die Entwicklung noch am Anfang. In Zukunft könnte das Bein zur sogenannten Soft Robotik beitragen, einem Forschungsfeld, das sich mit der Herstellung von Robotern aus flexiblen, nachgiebigen Materialien beschäftigt, die sich schnell an ihre Umgebung anpassen und besser mit dieser interagieren können. Oft dient dabei die Natur als Vorbild.