Dennis L.
Mit gespannten Kohlefaserbögen beschleunigt ein 30 Gramm leichter Roboter auf bis zu 100 Kilometer pro Stunde und springt damit über 30 Meter in die Höhe.
Santa Barbara (U.S.A.). Flöhe sind als erstaunlich gute Springer in der Natur bekannt. Mit einer Körperlänge zwischen zwei und drei Millimetern schaffen sie es, mehr als einen halben Meter weit zu springen – das ist ungefähr das Zweihundertfache ihrer Körpergröße. Jetzt hat ein Roboter eine ähnliche Leistung erzielt. Wissenschaftler aus den USA haben einen Prototyp entwickelt, der ungefähr 30 Zentimeter groß ist und es geschafft hat, eine Sprunghöhe von über 30 Metern zu erreichen – das ist etwa das Hundertfache seiner Körpergröße. Laut den Forschern, die ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht haben, könnten solche Sprungroboter künftig bei Expeditionen in schwierigem Gelände oder sogar auf Mondmissionen eingesetzt werden.
Das Team, angeführt von Elliot W. Hawkes von der University of California in Santa Barbara, untersuchte zunächst natürliche Sprungstrategien von Insekten und anderen Tieren. Diese basieren meist auf der Spannung linearer Muskeln, was beim Bau eines Sprungroboters jedoch nicht ideal ist. Stattdessen wählten die Wissenschaftler daher einen Elektromotor, da dieser stärkere Kräfte über Drehbewegungen ausüben kann. Das Ergebnis war ein Prototyp mit wiederholt spannbaren Streben aus Kohlefasern und verstärkenden Gummibändern.
Die beste Konstruktion bestand aus zwei etwa 40 Zentimeter langen, dünnen Kohlefaserstreben. Aufgehängt an einer Mittelachse konnten diese wie zwei übereinander gekreuzte Bögen mit einem Elektromotor gespannt werden. Dank eines Hebels, der beim Spannen in ein Zahnrad einrastete, ließ sich die Spannung der Bögen nach und nach erhöhen. Zusätzlich zwischen den Bögen gespannte Gummibänder stabilisierten diese Struktur. Es dauerte etwa eine halbe Minute, bis der Elektromotor die geraden Kohlefaserstreben vollständig zu runden Böden gespannt hatte.
Als die Forscher den Spannhebel lösten, entspannten sie die Bögen sofort. Der Roboter, der nur ein Gewicht von 30 Gramm hatte, beschleunigte schnell innerhalb von neun Mikrosekunden auf eine Geschwindigkeit von 28 Metern pro Sekunde, sodass er eine erstaunliche Höhe von 33 Metern erreichte. Nachdem er auf den Boden zurückgekehrt war, konnten die Bögen mit dem Elektromotor erneut für den nächsten Sprung gespannt werden. Beim Springen wandelte der Roboter eine spezifische Energie von ungefähr 1.000 Joule pro Kilogramm um. Zum Vergleich: Die leistungsfähigsten Sprungexperten in der Natur erreichen höchstens eine spezifische Energie von 170 Joule pro Kilogramm.
Auf der Erde könnten Sprungroboter mit Hilfe von kleinen Kameras und Sensoren zusätzlich zu Flugdrohnen für die Erkundung eines schwer zugänglichen Geländes eingesetzt werden. Auf dem Mond wären wegen der sechsfach geringeren Schwerkraft sogar bis zu 125 Meter hohe Sprünge möglich. Nach Schätzungen der Forscher könnte der Roboter dabei bis zu einem halben Kilometer weit springen. Damit ließen sich bei zukünftigen Mondexpeditionen deutlich größere Regionen erkunden als heute nur mit rollenden Mars-Rovern.
Nature; doi: 10.1038/s41586-022-04606-3
