Roboterantrieb aus dünnem Blech

Wissenschaftler am Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory des Massachusetts Institute of Technology haben einen Antrieb für Roboter und andere Kleingeräte entwickelt. Die Aktoren bestehen aus einem dünnen Blech aus einer bestimmten Metalllegierung.

Verformung durch Spannung

Die Forscher machen sich zunutze, dass das Material, eine sogenannte Formgedächtnislegierung (FGL, auch Shape Memory Alloy, SMA), sich verformt, wenn sie durch elektrischen Strom erhitzt wird, und in ihre ursprüngliche Form zurückkehrt, wenn sie wieder abkühlt. Die Aktoren haben dabei ein drei- bis sechsmal größeres Drehmoment als ein Elektromotor in vergleichbarer Größe. Da sie aber aus einem Blech bestehen, das nur den Bruchteil eines Millimeters dick ist, wiegen sie nur ein Zwanzigstel eines Motors.

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Der Aktor verformt sich, wenn er erhitzt wird... (Foto: Jason Dorfman, Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory)

Der Aktor besteht aus einem Blechstreifen, aus dem längliche Öffnungen ausgespart sind. Diese erhöhen den elektrischen Widerstand des Materials, was bewirkt, dass es sich nur an dieser Stelle erhitzt und verformt. Da sich nur ein kleiner Teil des Metallstreifens erhitzt, wird zum einen nur wenig Energie benötigt; zum anderen gibt das Metall Hitze relativ schnell wieder ab.

Einfach herstellbar

Dies sei ein Vorteil gegenüber bisherigen entwickelten Aktoren aus Formgedächtnislegierungen, schreiben die Forscher um Eduardo Torres-Jara. Ein weiterer Vorteil ihres System sei, dass die Aktoren einfacher hergestellt werden können: Sie werden einfach aus dem Blech ausgeschnitten.

Der Antrieb ist für einen Roboter gedacht, der aus Kunststoffkomponenten besteht, die in einem Rapid-Prototyping-Verfahren gedruckt werden. Weitere Anwendungsmöglichkeiten könnten Geräte sein, die zu klein sind, um sie mit einem Motor auszustatten. Dazu zählen beispielsweise Instrumente für die minimalinvasive Chirurgie.

Ohne Bolzen verbinden

Derzeit werden die Aktoren mit kleinen Bolzen an den Kunststoffteilen des Roboters befestigt. Die Entwickler suchen jedoch eine Methode, wie sie sie in den noch weichen Kunststoff drücken können. Das soll den Bau des Roboters vereinfachen.

Auch wenn die Aktoren selbst nur aus hauchdünnem Blech bestehen, können sie, so die Forscher, auch größere Geräte antreiben: Es müssen einfach nur genug Aktoren verbaut werden. So konnten die Wissenschaftler etwa ein fast 17 Gramm schweres Gewicht damit anheben. Bis zum 160fachen ihres eigenen Gewichts sollen die Aktoren bewegen können.