Jeden Sommerabend erfüllen Glühwürmchen den Nachthimmel mit einem atemberaubenden Schauspiel aus sanft flackernden Lichtern. Jetzt haben sich Forscher von der Kraft dieser winzigen Lebewesen inspirieren lassen, um fliegende künstliche Muskeln zu entwickeln, die Licht in verschiedenen Farben oder Mustern aussenden können.
Diese weichen Aktuatoren, die aus einer Art flexiblem Elastomer hergestellt werden, bieten eine kostengünstige Möglichkeit, federleichte Flugroboter zu steuern, und sie könnten es den Robotern auch ermöglichen, miteinander zu kommunizieren.
Gewicht einer Büroklammer erlaubt kein GPS
Mit einem Gewicht von etwas mehr als einer Büroklammer sind diese Miniaturroboter dank ihrer Fähigkeit, Licht auszusenden, dem eigenständigen Fliegen nun einen Schritt näher gekommen. Im Gegensatz zu größeren Fluggeräten, die sperrige GPS-Systeme tragen können, müssten diese Mikroroboter mit Infrarotkameras verfolgt werden, was im Freien nur schwer möglich ist.
„Wenn du an große Roboter denkst, können sie mit vielen verschiedenen Mitteln kommunizieren – Bluetooth, drahtlos, all diese Dinge. Aber für einen winzigen Roboter mit begrenztem Stromverbrauch müssen wir über neue Kommunikationswege nachdenken“, so Kevin Chen, Assistenzprofessor an der Fakultät für Elektrotechnik und Informatik (EECS) und Leiter des Soft and Micro Robotics Laboratory am MIT in einer Mitteilung. „Das ist ein wichtiger Schritt, um diese Roboter in Außenbereichen zu fliegen, in denen wir kein gut abgestimmtes, hochmodernes Bewegungsverfolgungssystem haben“, so der Hauptautor der Studie weiter. Durch die Ausstattung der Roboter mit kleinen kommunizierenden Lichtern sind die Forscher nun in der Lage, die Bots viel präziser zu verfolgen.
Elektroden sorgen für mechanischen Reiz
In ihrer Studie demonstrierten Forscher eine neue Herstellungstechnik, um weiche Aktoren zu bauen, die die Flügel eines Roboters zum Flattern bringen können. Diese langlebigen Aktuatoren werden hergestellt, indem ultradünne Schichten aus Elastomer und Kohlenstoffnanoröhrchen-Elektroden abwechselnd gestapelt und dann zu einem Zylinder gerollt werden. Wenn eine Spannung an diesen Zylinder angelegt wird, drücken die Elektroden das Elastomer zusammen, und die mechanische Belastung lässt den Flügel flattern.
Um einen leuchtenden Aktuator herzustellen, hat das Team elektrolumineszente Zinksulfatpartikel in das Elastomer eingearbeitet, musste dabei aber einige Herausforderungen meistern. Zunächst mussten die Forscher eine Elektrode entwickeln, die das Licht nicht blockieren würde. Sie bauten sie aus hochtransparenten Kohlenstoff-Nanoröhren, die nur wenige Nanometer dick sind. Dank dieser innovativen Elektrodenkonstruktion ist der Aktor in der Lage, ein sanftes Licht abzugeben und gleichzeitig seine funktionellen Eigenschaften beizubehalten.
Suchtrupps der Robo-Glühwürmchen möglich
„Traditionell sind Elektrolumineszenz-Materialien sehr energieaufwändig, aber in gewisser Weise bekommen wir die Elektrolumineszenz umsonst, denn wir nutzen einfach das elektrische Feld mit der Frequenz, die wir zum Fliegen brauchen. Wir benötigen keinen neuen Antrieb, keine neuen Drähte oder Ähnliches. Wir brauchen nur etwa 3 Prozent mehr Energie, um Licht auszustrahlen“, so Chen.
Die Forscher gehen davon aus, dass ihre Technologie letztlich dazu verwendet werden könnte, Schwärme von intelligenten Flugrobotern zu schaffen, die für Such- und Rettungsmissionen oder die Umweltüberwachung eingesetzt werden könnten. Die Ergebnisse zu ihrem Mikro-Glühwürmchen-Roboter Konzept veröffentlichten die Ingenieure in den IEEE Robotics and Automation Letters.
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