Mit einem Robotergreifarm, der sowohl sensibel ist, also seine Umgebung nicht übermässig strapaziert, als auch kraftvoll zupacken kann, wollen Forscher der Universität Peking die Unterwasser-Manipulation revolutionieren. Die Anregung und Inspiration zu dieser Konstruktion haben sich die Experten beim Oktopus geholt.
Die Fangarme des Oktopus sind weich, wenn das Tier ein Objekt ansaugt oder ergreift, und versteifen sich blitzschnell, um eine bestimmte Position zu fixieren, etwa das Objekt sicher festzuhalten - eine ideale Vorlage für die chinesischen Wissenschaftler um Xie Guangming.
Der Roboterarm der Universität Peking arbeitet nach dem gleichen Prinzip. Er besteht aus einem Formgedächtnispolymer auf der Basis von Polymilchsäure und einem Heizelement. "Wir haben eine thermodynamische Synergie zwischen dem Material, der Geometrie und der Unterwasserumgebung geschaffen", so Xie. Die innere Silikonschicht verteile dabei die Wärme gleichmässig, die äussere Schicht wirke während des Erhitzens als vorübergehende Barriere, und das umgebende Wasser werde beim Abkühlen zu einem aktiven Kühlkörper.
Dieses Design sorgt für atemberaubende Geschwindigkeit: Der Arm des Greifers wird bei Anlegen einer elektrischen Spannung in nur 1,3 Sekunden weich und verfestigt sich innerhalb von 0,8 Sekunden, sobald der erwärmende elektrische Strom abgeschaltet wird. "Das ist wesentlich schneller als bei jedem bisher bekannten Aktuator", strahlt Xie. Herkömmliche Systeme dieser Art benötigten für den Wechsel zwischen weich und fest oft zehn Sekunden und mehr.
Die zentrale Innovation ist ein "Soft-Rigid-Hybrid"-Manipulationsansatz. Während des Greifens bleiben die Arme nachgiebig, sodass sich die Saugnäpfe am Ende perfekt an unregelmässige Oberflächen anpassen können. Sobald das Objekt gesichert ist, wird das Material schnell abgekühlt und der Arm steif, sodass schwere Gegenstände ohne kontinuierliche Energiezufuhr gehalten werden können - der Arm entspannt sich erst, wenn er wieder erwärmt wird. Die Formfixierung sei ein Meilenstein für lange Unterwassereinsätze.
Um seinen praktischen Nutzen zu beweisen, hat das Team den Greifer in einem zwei Meter tiefen Becken getestet, auf dessen Boden Steine, Fischernetze, Plastikflaschen, Seegurken, Jakobsmuscheln, ein zerbrechlicher Teller, ein Aluminiumprofil und eine volle Bierflasche lagen. Der Greifer wechselte nahtlos zwischen verschiedenen Greifmodi - er entfernte ein leichtes Fischernetz, sammelte empfindliche biologische Proben und hob die Flasche an. "Unser Roboter kann Objekte von extrem leichtem Schutt bis hin zu schwerem Festmüll handhaben", betont Xie.
Der Roboter kann mit mehreren Armen ausgestattet werden. Haben sie alle ein Objekt ergriffen und gesichert, bläst der Roboter seinen Schwimmkörper auf, sodass er an die Oberfläche steigt, von seiner "Beute" befreit werden und erneut auf Unterwassertour gehen kann.
