Sechseckige elektrohydraulische Module verwandeln sich in vielseitige Roboter

• Wissenschaftler*innen des MPI-IS haben elektrisch betriebene Roboterkomponenten, sogenannte HEXEL-Module, entwickelt, die sich zu rekonfigurierbaren Hochgeschwindigkeitsrobotern zusammenstecken lassen.
• Magnete an der Außenseite der Module ermöglichen es ihnen, sich elektrisch und mechanisch mit anderen Modulen zu verbinden
• Es entstehen Roboter mit unterschiedlichen Formen und Fähigkeiten – ein nachhaltiges Roboterdesign.
• HEXEL-Module sind eine vielversprechende Technologie. Eine Vision ist der Einsatz z. B. bei Weltraum- oder Rettungsmissionen.

Stuttgart – Wissenschaftler*innen des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme (MPI-IS) haben sechseckige Roboterbauteile entwickelt, die sich in LEGO-Baustein-Manier ganz einfach zu Hochgeschwindigkeitsrobotern zusammenbauen lassen. Das Team der Abteilung für Robotik-Materialien am MPI-IS unter der Leitung von Christoph Keplinger stattete jedes der sechseckigen magnetischen Bauteile mit den für die Abteilung bekannten künstlichen Muskeln aus. Schnell neu arrangiert, lassen sich die „HEXEL“ genannten Module ohne großen Aufwand für die unterschiedlichsten Zwecke nutzen. Die Forschungsarbeit „Hexagonal electrohydraulic modules for rapidly reconfigurable high-speed robots“ wurde am 18. September 2024 im Fachjournal Science Roboticspubliziert.

Sechs leichte, starre Platten aus Glasfaser dienen jedem HEXEL-Modul als Grundlage. Die inneren Gelenke der Sechsecke werden von hydraulisch verstärkten, elektrostatischen künstlichen Muskeln – sogenannten HASELs – angetrieben. Durch Anlegen einer Hochspannung an das Modul wird der Muskel aktiviert, wodurch sich die Gelenke des Sechsecks drehen und es so seine Form von lang und schmal zu breit und flach ändern kann.

„Die Kombination weicher mit starren Komponenten ermöglicht hohe Sprünge und hohe Geschwindigkeiten. Indem wir mehrere Module miteinander verbinden, können wir neue Robotergeometrien schaffen und sie für unterschiedliche Anforderungen wiederverwenden“, sagt Ellen Rumley, Gastforscherin der University of Colorado Boulder in den USA. Sie und Zachary Yoder sind Doktoranden in der Abteilung für Robotik-Materialien am MPI-IS und die Erstautoren der Veröffentlichung.

In einem video zeigt das Team die vielen Bewegungen, zu welchen die HEXEL-Module im Stande sind. Eine Gruppe von Modulen kriecht z.B. durch einen schmalen Spalt, während ein einzelnes Modul hoch in die Luft springt. Mehrere Module werden zu größeren Strukturen verbunden, die je nach Anbringung der Module unterschiedliche Bewegungen erzeugen. So hat das Team beispielsweise mehrere Module zu einem Roboter kombiniert, der schnell über Sand rollt.

„Wir sehen es als sehr praktisch an, Roboter mit rekonfigurierbaren Fähigkeiten zu entwickeln. Das ist weitaus nachhaltiger, als fünf verschiedene Roboter für fünf verschiedene Zwecke zu bauen. Wir können mit HEXEL viele verschiedene Roboter aus denselben Komponenten zusammensetzen. Roboter, die aus rekonfigurierbaren Modulen bestehen, können bei Bedarf neu angeordnet werden und sind damit vielseitiger als spezialisierte Systeme. Insbesondere in ressourcenbeschränkten Umgebungen kann das sehr von Vorteil sein“, so Yoder abschließend.