Duke-Universität entwickelt Roboter-Bausteine mit Gedächtnis

DURHAM. Forscher der Duke-Universität haben einen programmierbaren Werkstoff entwickelt, der die Robotik revolutionieren könnte. Wie Lego-Steine lassen sich die Blöcke zu Strukturen zusammensetzen, die ihre Steifigkeit und Bewegung sekundenschnell ändern können – ein Quantensprung für adaptive Roboter.

Material mit binärem Gedächtnis

Der Clou liegt im Inneren eines jeden Blocks. 27 winzige Zellen sind mit einer speziellen Legierung aus Gallium und Eisen gefüllt. Diese hat eine einzigartige Eigenschaft: Sie schmilzt bei Raumtemperatur. Durch gezielte, lokale Stromstöße können die Forscher einzelne Zellen verflüssigen, während andere fest bleiben.

Dieser Prozess ähnelt dem Schreiben von binären Daten. Die Anordnung von flüssigen und festen Zellen bestimmt die mechanischen Eigenschaften des gesamten Blocks. So lässt sich etwa die Steifigkeit, Dämpfung oder Schwingungsneigung in Echtzeit umprogrammieren, ohne die äußere Form zu verändern. Das Material hat gewissermaßen ein physisches Gedächtnis.

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Vom Fischschwanz zum Rettungsroboter

Die praktische Anwendung demonstrierte das Team mit einem robotischen Fischschwanz. Aus mehreren Blöcken zusammengesetzt, wurde dieser in Wasser getestet. Das Ergebnis: Mit identischen Motor-Befehlen konnte der Schwanz völlig unterschiedliche Schwimmbewegungen ausführen. Nur durch das Umprogrammieren des Materials änderte sich sein Verhalten.

Diese Fähigkeit eröffnet völlig neue Perspektiven. Ein Suchroboter könnte sich durch Trümmer schlängeln, indem er seinen Körper an die Engstelle anpasst. Ein Greifarm könnte seine Härte variieren, um erst ein rohes Ei und dann ein schweres Werkstück zu handhaben. Die Anpassungsfähigkeit steckt hier nicht nur im Code, sondern im Körper des Roboters selbst.

Revolution für Industrie und Medizin

Die Implikationen sind weitreichend. In der Fertigung könnten universelle Roboterarme teure Werkzeugwechsel überflüssig machen. In der Medizin eröffnet die Miniaturisierung Chancen für weiche Mikroroboter, die durch Blutgefäße navigieren, um Medikamente gezielt abzugeben oder minimal-invasive Eingriffe vorzunehmen.

Bisher sind Roboter für spezifische Aufgaben in vorhersehbaren Umgebungen konstruiert. Maschinen aus diesen programmierbaren Blöcken wären dagegen wahre Alleskönner für eine dynamische Welt. Branchenanalysten sehen hier ein enormes Potenzial, die Komplexität und Kosten vielseitiger Robotersysteme zu senken.

Der Weg zur intelligenten Materie

Das Team arbeitet bereits an der Weiterentwicklung. Zukünftige Schritte sind die Erforschung neuer Materialkombinationen und die Skalierung für komplexe, dreidimensionale Anwendungen. Ein zentrales Ziel ist die Integration von Künstlicher Intelligenz.

Die Vision: Das Material soll seine Umgebung selbstständig erfassen und seine Eigenschaften autonom anpassen. Der Übergang zwischen dem „Körper“ und dem „Gehirn“ eines Roboters würde damit fließend. Die kommerzielle Nutzung mag noch Jahre dauern, doch die Grundlage für eine neue Ära der Robotik ist gelegt – eine Ära, in der der Werkstoff selbst zum aktiven, intelligenten Teil des Systems wird.

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