Chinesische Forscher entwickeln kleinsten kabellosen Land-Luft-Roboter der Welt

Zwei der weltweit kleinsten kabellosen Land-Luft-Roboter, entwickelt von einem Team aus Forschern der Tsinghua-Universität in Beijing. 2. Januar 2025. (Foto: Tsinghua-Universität/veröffentlicht von Xinhua)

Für den Einsatz von Robotern in erweiterten Szenarien ist es entscheidend, dass sie gehen, rennen, springen, fliegen, klettern und ihre Form verändern können.

Ein Team aus Forschern der Tsinghua-Universität in Beijing hat einen winzigen Aktor in Form eines dünnen Films entwickelt, mit dem Mikroroboter ihre Form verändern und sich an spezifische Umgebungen anpassen können – ähnlich den Transformern aus dem berühmten Kinofilm –, was ihre Anpassungsfähigkeit an die Umwelt deutlich erhöht. Der Durchbruch wurde online in der führenden Fachzeitschrift „Nature Machine Intelligence“ veröffentlicht.

„Durch die Kombination dieses Aktors mit unserer von Lego inspirierten Designstrategie haben wir den weltweit kleinsten und leichtesten kabellosen Land-Luft-Mikroroboter entwickelt, der in der einschlägigen Literatur bekannt ist. Er ist neun Zentimeter lang und wiegt 25 Gramm“, sagt Zhang Yihui von der Tsinghua-Universität und dem State Key Laboratory of Flexible Electronics Technology.

Aktoren, die „Herzen“ von Mikrorobotern, sind Baueinheiten, mit denen Formveränderungen gesteuert werden können.

„Die Entwicklung von kabellosen ultrakompakten Mikrorobotern, die die Fähigkeit haben, sich an komplexe Umgebungen anzupassen, ist eine besondere Herausforderung“, erklärt Zhang.

Existierende Aktoren, die kleiner als fünf Zentimeter sind, haben Schwierigkeiten mit kontinuierlichen Formveränderungen und dem Innehalten in einer Position, was die Miniaturisierung und kabellose Steuerung multimodaler Roboter erheblich einschränkt.

Durch ein innovatives synergistisches Material-Struktur-Design hat das Team von Zhang einen Miniatur-Aktor entwickelt, der nur wenige Millimeter groß ist. Dieser dient als „Verwandlungsskelett“ und kann funktionelle Komponenten wie Sensoren und Antriebe zum Bau komplexer robotischer Systeme aufnehmen.

Dieser Aktor kann elektrisch so gesteuert werden, dass er sich kontinuierlich in jede beliebige Form verwandelt und die verformte Konfiguration beibehält, was mit früheren kleinen Aktoren nur schwer zu erreichen war.

„Mithilfe der von Lego inspirierten Designstrategie haben wir einen kabellosen Mikroroboter für den Boden- und Lufteinsatz konstruiert, der sich in der Luft und am Boden agil bewegen kann und am Boden eine Geschwindigkeit von bis zu 1,6 Metern pro Sekunde erreichen kann“, sagt Zhang.

Darüber hinaus entwickelte das Team einen 4,5 Zentimeter hohen und 0,8 Gramm schweren Mini-„Transformer“-Aktor mit mehr als zehn Aktoren sowie einen multifunktionalen Roboter auf Rädern, der sich in die Modi „Sportwagen“, „Auto mit Flügeln“ und „Van“ verwandeln kann.

Inspiriert von Grashüpfern und anderen Insekten, haben die Forscher natürliche Formen und Fortbewegungsfähigkeiten in ihre Entwürfe integriert.

Diese Arbeit liefert neue Ideen und Wege für die Entwicklung von Mikrorobotern. „Zu den zukünftigen Anwendungen gehören Gerätediagnostik, geologische Untersuchungen und Einsätze in gefährlichen Umgebungen“, sagt Zhang. „Der Aktor kann auch in bioelektronischen Geräten eingesetzt werden und ermöglicht so die Entwicklung von implantierbaren medizinischen Geräten und haptischen Schnittstellen für VR und AR.“