Weicher Robo bewegt sich per Dampfantrieb

Wissenschaftler der Universität Coimbra realisieren verschiedene Kräfte von bis zu 50 Newton

"Bixo": mit Dampf unterwegs auf einem dicken Ast (Foto: Diogo Fonseca, uc.pt)

Coimbra (pte024/12.05.2025/12:30)

Diogo Fonseca und Pedro Neto von der Universität Coimbra haben für einen weichen Roboter einen auf Phasenwechsel von Wasser basierenden Antrieb entwickelt. Eine elektrisch betriebene Heizspirale erhitzt Wasser, sodass es kocht und sich in Form von Dampf massiv ausdehnt. Die Maschine kann sich somit an einem Stock entlanghangeln oder empfindliche Gegenstände sanft ergreifen.

Verschiedene Bewegungsarten

Jedes Bein beziehungsweise jeder Finger des neuen Roboters wird von einem eigenen Modul bewegt, das Wasser in Dampf verwandelt. Die elektrische Spannung des Heizelements beträgt 24 Volt. Damit lassen sich Kräfte von 50 Newton erzeugen. Das entspricht rund fünf Kilogramm.

"Durch die Trennung von Heizspule, Arbeitsfluidkammer und äußerer weicher Struktur haben wir ein flexibles System geschaffen, das sich an verschiedene Bewegungsarten anpassen lässt: linear, biegend oder eine Kombination aus beidem", so die Experten. Die Aktuatoren haben die Forscher aus handelsüblichen Materialien und mit gängigen Fertigungsmethoden wie 3D-Druck und Guss hergestellt.

Drei Prototypen

Die Fachleute haben drei Prototypen gebaut: eine biomimetische Hand, die von drei linearen Aktuatoren angetrieben wird und eine reibungslose Manipulation von Objekten ermöglicht; einen weichen Greifer, der mit drei Biegeaktuatoren Objekte verschiedener Formen und Gewichte, darunter auch Obst, aufnehmen kann; und "Bixo", einen vierbeiniger Roboter, der Rohre erklimmen und über Baumstämme kriechen kann.

Die zyklischen Bewegungen - Greifen, Ziehen und Loslassen - werden durch lokales Erhitzen und Abkühlen der Aktuatoren gesteuert. "Diese neue Klasse von Softrobotern ist kostengünstig, sicher und in der Lage, in natürlichen Umgebungen ohne fest installierte Pumpen oder gefährliche Materialien zu arbeiten", so die beiden Forscher.

Allerdings müssen sie die Wärmeableitung noch verbessern, um die Zyklusgeschwindigkeit zu erhöhen. Verändern die Aktuatoren ihre Form aufgrund eines Dampfstoßes, dauert es noch zu lange, bis sie wieder ihre ursprüngliche Form einnehmen, da der Dampf zu langsam kondensiert, der Druck also zu langsam abgebaut wird. "Mit ein wenig Wärme und innovativer Technik könnte ein mit Wasser gefüllter Schlauch der leistungsstärkste Aktuator sein", meint Neto.

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