Früher, da hatten Roboter noch Körper aus Stahl. Doch die Tage dieser harten Kerle sind gezählt. Es beginnt die Zeit der Softies unter den Maschinen, denn Ingenieure und Forscher arbeiten an weichen Robotern. So auch Michael Tolley von der University of California.
"Mit weichen Maschinen kann man sicherer interagieren und sie können sich besser in einer unberechenbaren Welt zurechtfinden. Aber natürlich gibt es auch Nachteile: Weiche Materialen sind schwerer zu kontrollieren und man muss sie viel besser verstehen."
Eine Herausforderung bei den weichen Robotern ist, dass sie auch harte Teile haben müssen - Batterien zum Beispiel oder Schaltkreise. Die kann man nicht direkt mit den weichen Teilen verbinden. Michael Tolley hat im Tierreich eine Lösung dieses Problems gefunden.
"Wenn man sich einen Kraken anschaut, der hat einen harten Schnabel, der mit dem weichen Körper verbunden ist. Die Natur macht das mit einem Härte-Verlauf. Also einem gleichmäßigen Übergang von hart zu weich. Das verhindert große Spannungen."
Weiche und harte Roboter
Das Prinzip dieses fließenden Übergangs von weich zu hart hat Michel Tolley jüngst in einem neuartigen, springenden Roboter angewendet, den er entwickelt hat.
"Der sieht in etwa aus wie ein leergepumpter Basketball. Oder halt - sagen wir besser Fußball, das hat in Europa mehr Relevanz. Stellen Sie sich nun vor, man legt diesen Ball auf den Boden und pumpt ihn blitzartig auf. Dann wird er springen. Und so bewegt sich unser Roboter fort. An den Seiten hat er noch drei kleine Beine, mit denen er die Richtung des Sprungs einstellt."
Der Roboter ist also eine Art Halbkugel. Eine Pumpe füllt den dehnbaren unteren Teil mit einem Sauerstoff-Butan-Gemisch. Ein Funken lässt das Gas explodieren, die Halbkugel dehnt sich schlagartig aus, der Roboter springt. So kann er mehrere Sprünge von einigen Zentimetern vollführen. Auf dem Roboter sitzen die harten Teile: Batterien, Pumpen, Controller. Das verbindende Element ist die äußere Schale der Halbkugel. Ihr Material geht fließend von hart zu weich über. In der aktuellen Ausgabe des Magazins "Science" beschreibt Michel Tolley, wie er und seine Kollegen mit Simulationen und Experimenten nach dem richtigen Mix aus Härte und Weichheit suchten und wie sie den Roboter mit einem 3D-Drucker fertigten.
"Unser 3D-Drucker produziert den Roboter, indem er Tausende dünne Materialschichten übereinander aufträgt. Und für jede Schicht kann er ein anderes Material nutzen. Er bringt also eine Kombination aus einem weichen und einem harten Stoff auf, die so steif ist, wie wir es wollen."
Der 3D-Druck war bei dem Projekt nicht bloß ein Mittel zum Zweck. Das Ziel von Michel Tolley war es von Anfang an, einen teilweise harten, teilweise weichen Roboter mit einem 3D-Drucker zu fertigen. Denn diese Technologie könnte es in Zukunft erlauben, Maschinen zu entwerfen, die die Natur imitieren.
"Ein großer Teil meiner Arbeit ist die sogenannte bio-inspirierte Robotik. Nehmen wir als Beispiel unsere Körper: Die vielen Muskeln und ihre Energieversorgung - das alles ist sehr kompliziert. Roboter sind da bisher anders. Aber dank des 3D-Drucks kann man so etwas Komplexes wie unseren Roboter schnell und effizient fertigen. Das gibt uns neue Möglichkeiten, Systeme zu entwerfen. Sie werden vielleicht nicht so aussehen wie etwas aus der Natur. Aber wir werden einige Prinzipen der Natur übernehmen können."