Aus einem Guss: Ein Roboter ohne elektronische Bauteile bewegt sich nur mittels Gasdruck vorwärts und muss nicht zusammengebaut werden – er wird einfach mit dem 3D-Drucker gedruckt. Der sechsbeinige Plastik-Roboter kann nicht nur über Stock und Stein, sondern auch unter Wasser laufen. Deshalb könnte der günstige, einfach herzustellende Roboter zum Beispiel im Katastrophenschutz oder sogar in radioaktiv verunreinigten Gebieten eingesetzt werden, wie das Forschungsteam berichtet.
Weiche Roboter – sogenannte Softbots – sind immer öfter Forschungsobjekt von Roboter-Ingenieuren. Dabei imitieren sie sowohl den Aufbau als auch den Antrieb wirbelloser Tiere, denn die Softbots bestehen oft aus weichen Polymeren und bewegen sich über Druckunterschiede fort. Trotzdem müssen Forschende diese Roboter meist noch zusammensetzen, bevor sie eingesetzt werden können.
Kein Zusammenschrauben nötig
Einen weichen Laufroboter, der nicht zusammengesetzt werden muss, hat ein Forschungsteam um Yichen Zhai von der University of California San Diego entwickelt. Die Forschenden druckten den Roboter innerhalb von 58 Stunden mit einem handelsüblichen 3D-Drucker in einem einzigen Durchlauf, so dass sie keine Einzelteile zusammenstecken oder aneinanderschrauben mussten.
Der Roboter besteht aus elastischem, thermoplastischem Polyurethan (TPU). „Das ist eine völlig neue Art, Maschinen zu bauen“, sagt Seniorautor Michael Tolley von der University of California San Diego. „Diese Roboter werden nicht aus den traditionellen starren Komponenten gebaut, die Forscher normalerweise verwenden.“ Zusätzlich sind die Roboter vergleichsweise günstig: Einen dieser Softbots herzustellen kostet umgerechnet etwa 18,50 Euro.
Antrieb erhält der sechsbeinige Roboter durch eine kleine CO2-Gasflasche, die die Ingenieure auf seinem „Rücken“ befestigen. Mithilfe eines Druckregulierers strömt Gas mit konstantem Druck in den „Körper“ des Softbots, wodurch sich der Prototyp etwa eine Minute lang fortbewegen kann.
Durch oszillierende Ventile wird das Gas abwechselnd in die zwei Sätze zu je drei Beinen geleitet. Durch diesen wechselnden Druck strecken und beugen sich die Beine und der Softbot bewegt sich im sogenannten Tripod-Gang wie eine Stabschrecke fort. Damit er in einer geraden Linie und möglichst sicher krabbeln kann, können sich die Roboterbeine in vier Freiheitsgraden – nach oben, unten, vorne und hinten – bewegen.
„Das Hexapod-Design ermöglichte es dem Roboter, sich stabil über Hindernisse mit einem Abstand von zwei Zentimetern zu heben“, berichtet das Forschungsteam. „In einem Experiment kletterte der Roboter innerhalb von 30 Sekunden 73 Zentimeter einen 18 Grad steilen Hang auf sandigem und felsigem Untergrund hinauf.“ Wie im Video zu sehen, läuft der Softbot dadurch, dass keine elektronischen Teile verbaut sind, auch im und unter Wasser. Das Gas kommt als blubbernde Blasen an seinen Seiten heraus.
Dahin, wo Elektronik versagt
Durch seine einfache Herstellung, geringen Kosten und die Fähigkeit, sich gut im Gelände und amphibisch fortzubewegen, könnte der sechsbeinige 3D-Druck-Roboter im Katastrophenschutz oder in der Umweltbeobachtung eingesetzt werden, wie Zhai und seine Kollegen erklären.
Dank seines Gasantriebs könnte der Roboter in unwegsamerem Gelände zum Einsatz kommen als elektrisch angetriebene „Artgenossen“: „Die Robustheit des oszillierenden Ventils deutet auf eine potenzielle Anwendung […] in Szenarien hin, in denen der Einsatz von Elektronik nicht ohne Weiteres möglich ist“, erklären die Forschenden. „Zum Beispiel in Bereichen, in denen die Gefahr einer Funkenzündung, eines Kurzschlusses durch Wasser oder einer Strahlenexposition besteht.“
Als Nächstes möchte das Team um Yichen Zhai einen Weg finden, das komprimierte Gas in den Robotern zu speichern – dann wäre keine Gaskartusche mehr nötig. Zusätzlich suchen die Ingenieure nach Wegen, den Roboter beispielsweise mit Greifern auszustatten und recycelbare oder biologisch abbaubare Materialien zu verwenden. (Advanced Intelligent Systems, 2025: doi: 10.1002/aisy.202400876)
