Die Robotik boomt: Zahlreiche Forscherteams tüfteln derzeit an raffinierten Systemen mit unterschiedlichen Merkmalen und für verschiedene Anwendungsbereiche. Dabei gibt es zwei Grundkonzepte: Neben den Konstruktionen aus harten Materialien, Elektronik und Motoren setzt die Softrobotik auf flexible Strukturen und alternative Steuerungssysteme. Während die herkömmlichen Roboter steif und unflexibel sind, haben die weichen Versionen allerdings das gegenteilige Problem: Sie sind zwar sanft und anpassungsfähig, aber schwach und schwer steuerbar. Eine Kombination wäre somit ideal. Dieser Gedanke bildet die Grundlage der Arbeit eines chinesisch-US-amerikanischen Forscherteams. Ihr Konzept basiert dabei nicht auf Kombinationen zwischen harten und weichen Materialien, sondern auf induzierten Phasenübergängen eines neu entwickelten Materials.
Magnetische Mikropartikel machen es möglich
Bei der Grundsubstanz handelt es sich um das Metall Gallium, das sich durch einen sehr niedrigen Schmelzpunkt auszeichnet: Schon bei 29,8 Grad Celsius geht es vom festen in den flüssigen Aggregatzustand über. Für die Entwicklung ihres Robotik-Materials „Magnetoactive Phase Transitional Matter“ (MPTM) haben die Wissenschaftler in das Gallium Neodym-Eisen-Bor-Mikropartikel eingebettet. “Diese magnetischen Partikel erfüllen dabei zwei Aufgaben”, erklärt Co-Autor Carmel Majid von der Carnegie Mellon University in Pittsburgh. Unter Einfluss von Magnetfeldern lassen sich Gebilde aus dem Material wie von Geisterhand präzise bewegen und so als Roboter für Aufgaben einsetzten. “Die andere Aufgabe der Partikel ist es, das Material für ein magnetisches Wechselfeld empfänglich zu machen, sodass man es durch Induktion aufheizen und einen Phasenwechsel herbeiführen kann”, sagt Majid.
Den Forschern zufolge unterscheidet sich ihre Entwicklung damit von bestehenden Phasenwechselmaterialien, die auf Heizpistolen, elektrische Ströme oder andere externe Wärmequellen angewiesen sind, um eine Umwandlung von fest zu flüssig zu bewirken. Das neue Material zeichnet sich außerdem durch günstige Fließeigenschaften aus, sagen die Wissenschaftler: Andere phasenwechselnde Materialien sind in ihrem geschmolzenen Zustand wesentlich zähflüssiger.
Medizinisches und elektrotechnisches Potenzial
Durch Versuche konnten die Forscher das Potenzial ihres Materials nun bereits eindrucksvoll aufzeigen: Gesteuert von Magnetfeldern ließen sie unterschiedlich geformte MPTM-Gebilde über Wände klettern und Gräben überspringen. Im verflüssigten Zustand können die Tropfen ebenfalls gezielt geleitet werden. Sie lassen sich sogar in zwei Hälften aufteilen, um gemeinsam andere Objekte zu bewegen. Besonders eindrucksvoll verdeutlichen die Wissenschaftler das Potenzial des Konzepts durch eine kleine „Spielerei“: Sie ließen einen Roboter in der Form eines LEGO-Männchens durch ein Gitter sickern. Aus dem Gefängnis befreit, fließt die Masse dann in eine Gussform, aus der das LEGO-Männchen nach dem Erkalten wieder aufersteht und sich im Bann des Magnetfeldes bewegt.
