Forscher haben eine neue, robuste Roboter-Biene namens RoboBee entwickelt. Sie wird von weichen künstlichen Muskeln angetrieben, sodass ihr auch Kollisionen etwa mit einer Wand nichts anhaben können. Es ist der erste Mikro-Roboter mit einem derartigen Antrieb, der kontrolliert fliegen kann.

„Im Bereich der Mikrorobotik gab es große Anstrengungen, aus weichen Aktoren mobile Roboter zu bauen, weil sie so belastbar sind“, erklärt Studienautor Yufeng Chen von der Harvard Universität. „Viele Forscher, die auf dem Gebiet tätig sind, waren jedoch skeptisch, dass sie für fliegende Roboter verwendet werden können, da die Leistungsdichte dieser Aktoren einfach nicht hoch genug war und sie notorisch schwer zu kontrollieren sind. Unser Antrieb verfügt über eine ausreichende Leistungsdichte und Steuerbarkeit, um einen Schwebeflug zu erzielen.“

Um das Problem der Leistungsdichte zu lösen, bauten die Forscher auf elektrisch angetriebenen weiche antriebstechnische Baueinheiten auf. Diese weichen Aktuatoren bestehen aus dialektrischen Elastomeren, weichen Materialien mit guten Isoliereigenschaften, die sich beim Anlegen eines elektrischen Feldes verformen.

Durch die Verbesserung der Elektrodenleitfähigkeit konnten die Forscher den Aktor mit 500 Hertz auf das Niveau starrer Antriebseinheiten heben, die zuvor in ähnlichen Robotern zum Einsatz gelangten.
Eine weitere Herausforderung beim Umgang mit weichen Aktuatoren besteht darin, dass das System zur Instabilität neigt. Um diese Herausforderung zu lösen, bauten die Forscher eine leichte, speziell angepasste Flugzeugzelle.

Die weichen Aktoren können in den kleinen Robotern leicht eingebaut und ausgetauscht werden. Um verschiedene Flugfähigkeiten zu demonstrieren, bauten die Forscher verschiedene Modelle der softgetriebenen RoboBee. Ein Zwei-Flügel-Modell konnte vom Boden abheben, verfügte aber über keine zusätzlichen Steuerungsmöglichkeiten. Ein vierflügeliges Modell mit zwei Aktuatoren konnte in einer dichten Umgebung fliegen und überstand auch mehrere Kollisionen während nun eines Fluges.

„Ein Vorteil von kleinen, massearmen Robotern ist ihre Widerstandsfähigkeit gegen äußere Einflüsse“, so Elizabeth Farrell Helbling von der Harvard Universität. „Der weiche Aktor bietet einen zusätzlichen Vorteil, da er Stöße besser absorbieren kann als herkömmliche Aktoren. Dies wäre nützlich für potenzielle Anwendungen wie das Durchfliegen von Trümmern bei Such- und Rettungseinsätzen.“

Ein Modell mit acht Flügeln und vier Antrieben demonstrierte einen kontrollierten Schwebeflug, der erste für einen weich angetriebenen fliegenden Mikro-Roboter.
Als Nächstes wollen die Forscher die Effizienz des softgetriebenen Roboters steigern, der aktuell noch weit hinter den Möglichkeiten herkömmlichen Flugrobotern zurückbleibt.

„Weiche Aktoren mit muskelartigen Eigenschaften und elektrischem Antrieb stellen eine große Herausforderung in der Robotik dar“, sagt Professor Robert Wood von der Harvard Universität. „Wenn wir hochleistungsfähige künstliche Muskeln entwickeln könnten, wäre der Himmel die Grenze für die Roboter, die wir bauen könnten.“