Video: Noch hüpft der Prototyp des Roboterbeins nur im Kreis und ist gebunden. Doch zukünftig könnten freibewegliche Roboter mit den „muskulösen“ Beinen ausgerüstet werden. © Robotic Materials Department at MPI-IS
Von der Natur inspiriert statt motorisiert: Forschende haben erstmals ein Roboterbein entwickelt, das von elektrohydraulischen “Muskeln” angetrieben wird. Aus den Tests geht hervor, dass das System eine besonders effiziente Fortbewegung ermöglichen könnte: Das Kunstmuskel-Bein kann ohne aufwändige Sensorik souverän über verschiedene Terrains hüpfen und verbraucht im Vergleich zum Motorantrieb weniger Energie. Damit zeichnet sich erhebliches Potenzial für die Entwicklungen von Fortbewegungssystemen in der Robotik ab, sagen die Forschenden.
Schon lange stehen sie im Dienst des Menschen und wurden ständig weiterentwickelt. Doch bis heute prägt die meisten Roboter noch eine alte Grundlagentechnologie: Sie werden von Motoren angetrieben. Sogar die Bewegungselemente der von Tier und Mensch inspirierten Laufroboter basieren noch auf diesen Elementen. Deshalb sind sie den von Muskelsystemen angetriebenen Vorbildern in einigen Aspekten noch unterlegen. Bereits seit einiger Zeit wird deshalb an technischen Konzepten getüftelt, die das Naturpatent nachahmen.
Elektrohydraulische Elemente satt Motoren
Bei der Entwicklung künstlicher Muskeln konnten Forschende der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich ETH in den letzten Jahren bereits vielversprechende Ergebnisse vorweisen. Nun haben sie in Zusammenarbeit mit internationalen Kollegen die Einheiten erstmals eingesetzt, um ein Roboterbein in Bewegung zu versetzen. Wie das Team erklärt, sorgen analog zum natürlichen Vorbild dabei ein Streck- und ein Beugemuskel dafür, dass Bewegungen in beide Richtungen möglich sind. Diese als Aktuatoren bezeichneten Kunstmuskeln sind über sehnenartige Verbindungen mit dem Kunststoff-Skelett des Roboterbeins verbunden.
Bei den Aktuatoren handelt es sich um Öl gefüllte Kunststoffbeutel. Etwa die Hälfte des Beutels ist dabei beidseitig mit einem leitfähigen Material beschichtet. Wenn nun Spannung angelegt wird, ziehen sich die unterschiedlich polarisierten Wände im oberen Teil des Beutels aufgrund der elektrostatischen Anziehungskraft zusammen. Dabei wird dann das Öl in den unteren Bereich des Beutels gedrückt, der sich dadurch aufbläht. Dies ist wiederum mit einer Verkürzung der gesamten Einheit verbunden – das System kann also für Zugspannung sorgen. Paare solcher aus mehreren Elementen bestehenden Aktuator-Einheiten können dadurch auf ähnliche Weise Bewegungen verursachen wie die Muskelsysteme bei Tieren: Wenn sich ein Muskel verkürzt, verlängert sich sein Gegenstück.
