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Jul 31, 2023

Bioinspirierter Regenwurmroboter: Ein Droide auf der Suche nach Leben auf dem Planeten unter der Oberfläche?

Forscher am Istituto Italiano di Tecnologia (IIT-Italienisches Institut für Technologie) in Genua haben einen neuen Soft-Roboter entwickelt, der von der Biologie der Regenwürmer inspiriert ist und dank Soft krabbeln kann

Forscher am Istituto Italiano di Tecnologia (IIT – Italienisches Technologieinstitut) in Genua haben einen neuen weichen Roboter entwickelt, der von der Biologie der Regenwürmer inspiriert ist und dank weicher Aktuatoren, die sich ausdehnen oder zusammendrücken, wenn Luft durch ihn strömt oder durchströmt, kriechen kann herausgezogen. Der Prototyp wurde in der internationalen Fachzeitschrift „Scientific Reports of the Nature Portfolio“ beschrieben und ist der Ausgangspunkt für die Entwicklung von Geräten zur unterirdischen Erkundung, aber auch für Such- und Rettungseinsätze auf engstem Raum und die Erkundung anderer Planeten.

Forscher am Istituto Italiano di Tecnologia (IIT – Italienisches Technologieinstitut) in Genua haben einen neuen weichen Roboter entwickelt, der von der Biologie der Regenwürmer inspiriert ist und dank weicher Aktuatoren, die sich ausdehnen oder zusammendrücken, wenn Luft durch ihn strömt oder durchströmt, kriechen kann herausgezogen. Der Prototyp wurde in der internationalen Fachzeitschrift „Scientific Reports of the Nature Portfolio“ beschrieben und ist der Ausgangspunkt für die Entwicklung von Geräten zur unterirdischen Erkundung, aber auch für Such- und Rettungseinsätze auf engstem Raum und die Erkundung anderer Planeten.

Die Natur bietet viele Beispiele für Tiere wie Schlangen, Regenwürmer, Schnecken und Raupen, die sowohl die Flexibilität ihres Körpers als auch die Fähigkeit nutzen, physikalische Wanderwellen entlang ihres Körpers zu erzeugen, um sich zu bewegen und verschiedene Umgebungen zu erkunden. Einige ihrer Bewegungen ähneln auch Pflanzenwurzeln.

Sich von der Natur inspirieren zu lassen und gleichzeitig neue biologische Phänomene aufzudecken und gleichzeitig neue Technologien zu entwickeln, ist das Hauptziel des von Barbara Mazzolai koordinierten BioInspired Soft-Robotiklabors. Dieser regenwurmähnliche Roboter ist die neueste Erfindung ihrer Gruppe.

Die Schaffung eines regenwurmähnlichen Roboters wurde durch ein umfassendes Verständnis und die Anwendung der Fortbewegungsmechanik von Regenwürmern ermöglicht. Sie nutzen abwechselnde Kontraktionen der Muskelschichten, um sich durch die Erzeugung retrograder peristaltischer Wellen sowohl unter als auch über der Bodenoberfläche fortzubewegen. Die einzelnen Körpersegmente (Metamere) verfügen über eine bestimmte Flüssigkeitsmenge, die den Innendruck steuert, um Kräfte auszuüben und unabhängige, lokalisierte und variable Bewegungsmuster auszuführen.

IIT-Forscher haben die Morphologie von Regenwürmern untersucht und einen Weg gefunden, ihre Muskelbewegungen, ihre Zölomkammern mit konstantem Volumen und die Funktion ihrer borstenartigen Haare (Setae) nachzuahmen, indem sie weiche Roboterlösungen entwickelt haben.

Das Team entwickelte einen peristaltischen Soft-Aktuator (PSA), der die antagonistischen Muskelbewegungen von Regenwürmern umsetzt; Aus einer neutralen Position dehnt es sich aus, wenn Luft hineingepumpt wird, und komprimiert sich, wenn Luft daraus abgesaugt wird. Der gesamte Körper des Roboter-Regenwurms besteht aus fünf in Reihe geschalteten PSA-Modulen, die durch Verbindungen miteinander verbunden sind. Der aktuelle Prototyp ist 45 cm lang und wiegt 605 Gramm.

Jeder Aktuator verfügt über eine Elastomerhaut, die eine bekannte Flüssigkeitsmenge einkapselt und so das konstante Volumen der inneren Zölomflüssigkeit in Regenwürmern nachahmt. Das Regenwurmsegment wird in Längsrichtung kürzer und in Umfangsrichtung breiter und übt radiale Kräfte aus, wenn sich die Längsmuskeln einer einzelnen Kammer mit konstantem Volumen zusammenziehen. Antagonistisch gesehen wird das Segment mit der Kontraktion der Umfangsmuskeln entlang der anterior-posterioren Achse länger und in Umfangsrichtung dünner, was zu Penetrationskräften entlang der Achse führt.

Jeder einzelne Aktuator weist eine maximale Dehnung von 10,97 mm bei 1 bar Überdruck und eine maximale Kompression von 11,13 mm bei 0,5 bar Unterdruck auf, was einzigartig in seiner Fähigkeit ist, sowohl Längs- als auch Radialkräfte in einem einzigen Aktuatormodul zu erzeugen.

Um den Roboter auf einer ebenen Fläche anzutreiben, wurden an der Bauchfläche des Roboters kleine passive Reibungspolster angebracht, die von Regenwurmborsten inspiriert sind. Der Roboter zeigte eine verbesserte Fortbewegung mit einer Geschwindigkeit von 1,35 mm/s.

Diese Studie schlägt nicht nur eine neue Methode zur Entwicklung eines peristaltischen regenwurmähnlichen Softroboters vor, sondern bietet auch ein tieferes Verständnis der Fortbewegung aus einer bioinspirierten Perspektive in verschiedenen Umgebungen. Die potenziellen Anwendungen dieser Technologie sind vielfältig und umfassen unterirdische Erkundungen, Ausgrabungen, Such- und Rettungseinsätze in unterirdischen Umgebungen und die Erforschung anderer Planeten. Dieser bioinspirierte, wühlende Soft-Roboter ist ein bedeutender Fortschritt auf dem Gebiet der Soft-Robotik und öffnet die Tür für weitere Fortschritte in der Zukunft.

Ein regenwurmartiger modularer Softroboter zur Fortbewegung in Umgebungen mit mehreren Geländen, Wissenschaftliche Berichte (Open Access)

Astrobiologie

SpaceRef-Mitbegründer, Explorers Club Fellow, Ex-NASA, Auswärtsteams, Journalist, Weltraum- und Astrobiologie, ehemaliger Bergsteiger.