Winzig, Form

Universität von Colorado in Boulder

Bild: CLARI wiegt weniger als ein Tischtennisball und mehrere passen in Ihre Handfläche.mehr sehen

Bildnachweis: Casey Cass/CU Boulder

Kommt an eine enge Stelle in Ihrer Nähe: CLARI, der kleine, zerquetschbare Roboter, der passiv seine Form ändern kann, um sich durch enge Lücken zu zwängen – mit ein wenig Inspiration aus der Welt der Käfer.

CLARI, das für Compliant Legged Articulated Robotic Insect steht, stammt von einem Team von Ingenieuren der University of Colorado Boulder. Es hat auch das Potenzial, Ersthelfern nach großen Katastrophen auf völlig neue Weise zu helfen.

Mehrere dieser Roboter passen problemlos in Ihre Handfläche und jeder wiegt weniger als ein Tischtennisball. CLARI kann seine Form von quadratisch zu lang und schlank ändern, wenn die Umgebung eng wird, sagte Heiko Kabutz, Doktorand am Paul M. Rady Department of Mechanical Engineering.

Kabutz und seine Kollegen stellten den Miniaturroboter in einer Studie vor, die am 30. August in der Fachzeitschrift „Advanced Intelligent Systems“ veröffentlicht wurde.

Im Moment hat CLARI vier Beine. Aber das Design der Maschine ermöglicht es den Ingenieuren, ihre Anhängsel zu kombinieren, was möglicherweise zu einigen wilden und zappeligen Robotern führen kann.

„Es ist modular aufgebaut, was bedeutet, dass es sehr einfach anzupassen und weitere Beine hinzuzufügen“, sagte Kabutz. „Irgendwann möchten wir einen achtbeinigen Roboter im Spinnenstil bauen, der über ein Netz laufen kann.“

CLARI steckt noch in den Kinderschuhen, fügte Kaushik Jayaram hinzu, Mitautor der Studie und Assistenzprofessor für Maschinenbau an der CU Boulder. Der Roboter ist beispielsweise an Kabel gebunden, die ihn mit Strom versorgen und ihm grundlegende Befehle senden. Aber er hofft, dass diese zierlichen Maschinen eines Tages selbständig in Bereiche kriechen könnten, in die noch kein Roboter zuvor gekrochen ist – etwa in das Innere von Düsentriebwerken oder in die Trümmer eingestürzter Gebäude.

„Die meisten Roboter sehen heute im Grunde wie ein Würfel aus“, sagte Jayaram. „Warum sollten sie alle gleich sein? Tiere gibt es in allen Formen und Größen.“

Kakerlakenkraft

Für Jayaram sind Roboter, die das Sammelsurium der Tierwelt widerspiegeln, kein Unbekannter.

Als Doktorand an der University of California in Berkeley entwarf er einen Roboter, der sich durch enge Räume zwängen konnte, indem er sich auf etwa die Hälfte seiner Höhe zusammendrückte – genau wie Kakerlaken, die sich ihren Weg durch Risse in einer Wand bahnen. Aber diese Maschine, sagte er, sei nur die Spitze des Eisbergs, wenn es um die Flexibilität der Tiere gehe.

„Wir konnten uns durch vertikale Lücken zwängen“, sagte er. „Aber das brachte mich zum Nachdenken: Das ist eine Möglichkeit zu komprimieren. Was sind andere?“

An dieser Stelle huscht CLARI, die dafür gemacht ist, sich durch horizontale Lücken zu zwängen, ins Bild.

In seiner einfachsten Form hat der Roboter die Form eines Quadrats mit einem Bein an jeder seiner vier Seiten. Je nachdem, wie Sie CLARI drücken, kann es jedoch breiter werden, wie eine Krabbe, oder länglicher, wie Jayarams alter Favorit, die Kakerlake. Insgesamt kann sich der Roboter von einer Breite von etwa 34 Millimetern (1,3 Zoll) in seiner quadratischen Form auf eine Breite von etwa 21 Millimetern (0,8 Zoll) in seiner länglichen Form verwandeln.

Im Gegensatz zu Jayarams früherer mechanisierter Kakerlake funktioniert jedes Bein von CLARI fast wie ein unabhängiger Roboter – mit einer eigenen Platine und zwei Aktuatoren, die das Bein vorwärts, rückwärts und seitwärts bewegen, ähnlich einem menschlichen Hüftgelenk. Theoretisch könnte diese Modularität es CLARI-Robotern ermöglichen, eine große Vielfalt an Formen anzunehmen.

„Was wir wollen, sind Allzweckroboter, die ihre Form ändern und sich an alle Umgebungsbedingungen anpassen können“, sagte Jayaram. „In der Tierwelt könnte das so etwas wie eine Amöbe sein, die keine genau definierte Form hat, sondern sich verändern kann, je nachdem, ob sie sich schnell bewegen oder etwas Nahrung verschlingen muss.“

Webcrawler

Er und Kabutz betrachten ihren aktuellen Entwurf als den ersten einer Reihe von CLARI-Robotern, von denen sie hoffen, dass sie kleiner und flinker werden.

In zukünftigen Iterationen wollen die Forscher Sensoren in CLARI integrieren, damit es Hindernisse erkennen und darauf reagieren kann. Die Gruppe prüfe auch, wie man dem Roboter die richtige Mischung aus Flexibilität und Kraft verleihen könne, sagte Kabutz – eine Aufgabe, die umso schwieriger werde, je mehr Beine das Team hinzufügt.

Letztendlich möchte das Team formverändernde Roboter entwickeln, die sich nicht nur durch eine Laborumgebung, sondern durch einen komplexen, natürlichen Raum bewegen – in dem die Maschinen von Hindernissen wie Bäumen oder sogar Grashalmen abprallen oder durch Ritzen dringen müssen Zwischen den Felsen hindurch und weiter.

„Wenn wir versuchen, ein Insekt zu fangen, kann es in einer Lücke verschwinden“, sagte Kabutz. „Aber wenn wir Roboter mit den Fähigkeiten einer Spinne oder einer Fliege haben, können wir Kameras oder Sensoren hinzufügen und jetzt können wir damit beginnen, Räume zu erkunden, in die wir vorher nicht vordringen konnten.“

Fortschrittliche intelligente Systeme

10.1002/aisy.202300181

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30. August 2023

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