Roboter haben uns geholfen, die Welt zu erkunden, von den Tiefen des Ozeans bis zu Berggipfeln und sogar bis ins Weltall. Aber während Forscher Roboter entwickelt haben, die besser schwimmen, laufen und fliegen können als ihre biologischen Gegenstücke, haben Ingenieure Mühe, einen Bot zu bauen, der so gut graben kann wie ein Tier.
Um ein Gerät zu entwickeln, das durch die unterirdische Welt navigieren kann, entschieden sich Forscher der University of California und des Georgia Institute of Technology, sich von der Natur inspirieren zu lassen.
Anstatt einen mechanischen Bohrer zu verwenden, um die Widerstandskräfte im Boden zu überwinden, hat das Team einen flexiblen weichen Roboter gebaut, der mit der Physik arbeitet, anstatt dagegen.
Der weiche Roboter bewegt sich auf verschiedene Arten durch ein sandiges Gelände. Um gerade nach unten zu fahren, verhält sich der Roboter wie das Wurzelsystem einer Pflanze, mit einer Spitze, die sich ausdehnt, um umgebendes Material aus dem Weg zu schieben. Das Team kann die Bewegungen des Bots mithilfe von „Sehnen“ auf beiden Seiten steuern, und die Lenkung mit diesen ermöglicht es dem Roboter, scharfe Kurven auf gewundenen Pfaden zu fahren.
Um sich horizontal durch den Boden zu bewegen, ahmt der Roboter den grabenden Sandoktopus nach:Er bläst Luft von seiner Spitze in asymmetrische Richtungen, um den Widerstand des Sandes zu überwinden und von A nach B zu gelangen. Dies wird als Luftfluidisierung bezeichnet, da es den Feststoff hält sich bewegende Sandpartikel, ähnlich wie die Partikel in einer Flüssigkeit.
„Im Gegensatz zu einem Gas oder einer Flüssigkeit erfährt ein symmetrisches Objekt, das sich horizontal durch ein körniges Medium bewegt, einen Auftrieb. Es ist einfach einfacher, den Sand nach oben und aus dem Weg zu schieben, als ihn nach unten zu verdichten“, sagte Dr. Nicholas Naclerio, Hauptautor der Forschung.
"Infolgedessen taucht unser Roboter nur mit Vorwärtsluftstrom wieder auf. Dieser Auftriebskraft wird entgegengewirkt, indem dem Roboter ein nach unten gerichteter Luftstrom hinzugefügt wird. Die asymmetrische Kombination aus Vorwärts- und Abwärtsluftstrom ermöglicht ein kontrollierbares horizontales Graben."
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Obwohl der vom Team für diese neue Forschung entwickelte Roboter nur einen Durchmesser von 6 cm hat und eine Spitze bis zu 1 m ausfahren kann, sagen die Forscher, dass sie Bots mit einer Größe von nur 2 mm und einer Länge von bis zu 70 m entwickelt haben.
Die Kombination aus Spitzenverlängerung und Luftfluidisierungstechnologie wurde in einer sandigen Umgebung getestet, aber das Team arbeitet jetzt mit der NASA zusammen, um einen Roboter zu entwickeln, der sich auf der Mondoberfläche eingraben oder zur Erkundung weit entfernter Körper wie Enceladus geschickt werden kann. ein Jupitermond.
"Soft-Roboter haben sich im Weltraum nicht bewährt, aber wir glauben, dass sie von einem kleinen Tank mit komprimiertem Gas, einem chemischen Gasgenerator oder durch das Sammeln von Gas aus der lokalen Umgebung angetrieben werden könnten", erklärte Naclerio.
„Die Fluidisierung mit Luft funktioniert nur in trockenen körnigen Medien wie Sand. Die Fluidisierung mit Wasser funktioniert jedoch in feuchten oder kohäsiven Medien wie Erde und Ton.“
"Spitzenerweiterung könnte auch mit anderen Mechanismen wie Bohrern verwendet werden, um andere Umgebungen zu erkunden."