Hüpfender Roboter-Frosch aus dem 3D-Drucker

Möglichst stabile Roboter sind für Erkundungsmissionen wie etwa zum Mars unerlässlich. Als Alternative zu rollenden Rovern entwickelten nun Forscher einen Roboter-Frosch, der selbstständig hüpfen kann und beim Aufprall keinen Schaden nimmt. Wie sie in der Fachzeitschrift „Science“ berichten, liegt der Grund für die große Stabilität in einer mehrschichtigen Kunststoffhülle. Über 3D-Druckverfahren kombinierten die Forscher feste und starre Materialien mit weicheren Substanzen. Dieser Ansatz für Roboter mit weicher Außenhülle und festem Inneren könnte auch zu ungefährlicheren Industrierobotern führen, die in Zukunft Produkte mit Menschen gemeinsam herstellen sollen.

Zwei Bildreihen, bei der oberen geht beim Aufprall ein Roboterfuß kaputt, beim unteren nicht.
Sprung-Bildserie des Roboter-Froschs

„Dieser Roboter zeigt, wie sich harte Komponenten im Innern mit einer zunehmend weicheren Hülle vor Schäden schützen lassen“, sagt Robert J. Wood von der Harvard University in Cambridge. Gemeinsam mit Kollegen der University of California San Diego entwarf er eine Hülle, die mögliche Stöße effizient abdämpfen soll. Mit einem 3D-Drucker schichteten sie dazu neun verschiedene Kunststoffe mit abnehmender Härte übereinander. In das Innere des Roboters, zusammengesetzt aus zwei Halbschalen, setzten sie ein elektronisches Kontrollmodul, einen Luftkompressor, einen winzigen Gastank und eine Hochspannungsquelle.

Um sich hüpfend und dennoch kontrolliert bewegen zu können, ließ sich eine von drei Kammern aus flexiblen Kunststoff – pneumatische Füße genannt – aufblasen. Diese Schräglage gab die Hüpfrichtung vor. Danach ließen die Forscher Butangas in eine zentrale Brennkammer strömen. Durch einen Spannungsfunken entzündet, blähten die Verbrennungsgase eine mittig angeordnete Kammer explosionsartig aus. So hüpfte der Roboter einen knappen Meter hoch und fiel 15 Zentimeter weiter wieder zu Boden. Die mehrschichtige Hülle dämpfte den Aufprall so gut ab, dass bis zu 30 Sprünge nacheinander möglich waren.

Diese rudimentäre und schwer kontrollierbare Fortbewegung bietet vorerst sicher keine Alternative zu rollenden oder schreitenden Robotern. Auch eine Stoßdämpfung mit einer mehrschichtigen Hülle könnte mit bereits verfügbaren, weichen Materialien gewährleistet werden. Doch sind Wood und Kollegen davon überzeugt, dass ihr Ansatz keine Spielerei ist und die Entwicklung von „weichen“ Robotern, die sich günstig im 3D-Druck fertigen lassen, voranbringen kann.