Robotik trifft Origami: Inspiriert von japanischer Origami-Faltkunst haben Ingenieure einen neuen Roboter entwickelt, der über 1.000 verschiedene Formen annehmen kann – und das nur mit drei Motoren als Antrieb. In Zukunft könnten solche „Transformer Bots“ vor allem auf Weltraummissionen zum Einsatz kommen und dort zum Beispiel als flexibel anpassbare Unterkunft für Astronauten dienen, wie das Entwicklerteam berichtet.
Ein Roboter, der seine Form verändern kann, hat viele Vorteile und eignet sich besonders gut für Missionen, die Vielfältigkeit erfordern. In geringem Maß kann die Wandelbarkeit eines Roboters ihm zum Beispiel das Schwimmen und das Laufen ermöglichen. Doch denkt man das Konzept weiter, ließe sich ein einziger Roboter genauso gut vom Unterschlupf zur Brücke zum Auto wandeln. Bei der Entwicklung eines solchen Roboters ist allerdings nicht nur dessen Wandelbarkeit an sich entscheidend, sondern auch, dass sie mit möglichst simplen Mitteln erreicht werden kann.
Ist es ein Haus? Ist eine Brücke?
Auf der Suche nach dem optimalen Formwandler-Roboter haben sich Yanbin Li von der North Carolina State University und seine Kollegen nun von der japanischen Papierfaltkunst Origami inspirieren lassen. Mit ihr lässt sich ein und dasselbe Stück Papier ganz ohne Klebstoff in verschiedenste Formen bringen: vom Kranich bis hin zur zarten Blüte. In der Vergangenheit hat Origami auch schon die Entwicklung flexibler Nanostrukturen vorangebracht.
Li und sein Team haben die Prinzipien der Papierfaltkunst nun genutzt, um 36 hohle Kunststoffwürfel mit mehreren Zentimeter langen Kanten über Scharniere miteinander zu verbinden. Es entstand der „Transformer Bot“, der mit nur drei ferngesteuerten Motoren über 1.000 verschiedene Formen annehmen kann. Dazu zählen neben simpleren Strukturen wie flachen Flächen und Würfeln auch Brücken, Tunnel und sogar mehrstöckige Gebäude. Der Wandel zwischen den verschiedenen Formen dauert jeweils nur etwa zwei Minuten und vollzieht sich damit deutlich schneller als bei früheren Formwandler-Robotern.
Läufer und Kraftsportler in einem
Indem man die verschiedenen Formumwandlungen des Transformer Bots gezielt aufeinanderfolgen lässt, kann man ihn sogar zum Laufen bringen, wie Li und sein Team berichten. Möglich sind neben Vorwärts- und Rückwärts- auch seitliche Bewegungen. Leitet man den Roboter richtig an, kann er pro Minute einen kompletten Meter zurücklegen. Auch schräge Flächen mit einem Steigungswinkel von zehn Grad überwindet der Transformer Bot. Er ist dann allerdings nur noch 19 Zentimeter pro Minute schnell, wie die Wissenschaftler in Tests ermittelt haben.
Darüber hinaus kann der wandelbare Roboter auch verschiedene Lasten tragen. In seiner „Laufform“ kann er ein Kilogramm – sein Eigengewicht – mit sich führen und ist damit auf ebenen Flächen immer noch 22,5 Zentimeter pro Minute schnell. Eine brücken- und tunnelähnliche Transformation ermöglichen es ihm sogar, bis zu 13 Kilogramm Last auszuhalten, berichten Li und seine Kollegen.
Einsatzbereich Weltall
Mit seiner Vielseitigkeit und Belastbarkeit eignet sich der Transformer Bot den Entwicklern zufolge besonders gut für Einsätze im Weltraum. Dafür müsste man ihn zwar bis in den Meterbereich hochskalieren, was in ersten Tests aber keine Herausforderung darstellte. Unter anderem könnte der Roboter in diesem Maßstab zum Wohnraum für Astronauten sowohl im All als auch auf fernen Himmelskörpern werden, wie Koautor Antonio Di Lallo von der North Carolina State University erklärt: „Er ist modular, sodass man ihn flach in den Weltraum schicken und als Unterschlupf oder Habitat zusammenbauen und dann wieder abbauen kann.“
Auch könnte man den Transformer Bot nutzen, um mit ihm großflächig Solarenergie zu „ernten“. Anders als bisherige Anlagen dieser Art könnte er durch seine Formwandlung sogar aktiv Kollisionen mit Trümmerteilen ausweichen. Und auch fernab von Wohnraum und Sonnenkraft schweben Li und seinem Team viele weitere Einsatzmöglichkeiten im Weltall vor. Doch bevor es für den Transformer Bot soweit ist, muss er zunächst weiterentwickelt werden: „Wir wollen eine robustere Struktur schaffen, die größere Lasten tragen kann“, so Li. (Nature Communications, 2024; doi: 10.1038/s41467-024-50497-5)
Quelle: North Carolina State University
