Ein Forschungsteam der Universität Coimbra veröffentlichte kürzlich in *Nature Communications* eine neue Erkenntnis zur Phasenwechsel-Aktorik. Die Forscher entwickelten einen Phasenwechsel-Softaktor, der elektrische Softroboter mit hoher Festigkeit und Präzision antreiben soll. Die Innovation des Teams liegt in der Nutzung des Flüssig-Gas-Phasenwechsels von Wasser zur Erzeugung mechanischer Bewegung. Diese Methode ist nicht nur einfach, sondern auch hochgradig skalierbar und leistungsstark.

Anders als herkömmliche Softaktoren verzichtet der Aktor der Universität Coimbra auf sperrige pneumatische Bauteile, Spezialmaterialien oder Hochdrucksysteme. Stattdessen nutzt er einen miniaturisierten, integrierten Heizkörper, um Wasser in Dampf umzuwandeln und so einen Innendruck zu erzeugen, der sanfte und flexible Strukturbewegungen ermöglicht. Dank dieser Konstruktion kann der Aktor mit Spannungen ab 24 V betrieben werden, Kräfte von über 50 N erzeugen und Druckaufbauraten von bis zu 100 kPa/s erreichen.

Das Forschungsteam wählte Wasser als Arbeitsmedium vor allem aufgrund seiner Sicherheit, Verfügbarkeit und thermodynamischen Effizienz. Durch ein strenges Auswahlverfahren wiesen sie nach, dass die Verdampfungsenthalpie von Wasser tatsächlich ein zuverlässiger Leistungsmaßstab ist. Im Vergleich zu früheren Konstruktionen erreichte der neue Aktor eine Dehnungsrate von 16,6 %/s und behielt seine Stabilität über mehr als tausend Fahrzyklen bei.

Das Kernmerkmal dieses Aktuators ist seine Modularität. Durch die Trennung von Heizspule, Arbeitsflüssigkeitskammer und externer flexibler Struktur schuf das Team ein flexibles System, das sich an lineare, biegsame oder beide Bewegungsarten anpassen kann. Darüber hinaus nutzten sie für die Konstruktion des Aktuators leicht verfügbare Materialien und praktikable Fertigungsmethoden wie 3D-Druck und Gießen.

Um das Potenzial dieser leistungsstarken Phasenwechselaktoren zu demonstrieren, entwickelte das Forschungsteam drei Prototypen: eine bionische Hand, einen weichen Greifer und den vierbeinigen Roboter Bixo. Diese Prototypen belegen nicht nur die Machbarkeit der Technologie, sondern deuten auch auf die Entwicklung eines neuen Typs von Softrobotern hin, der kostengünstig, sicher und in der Lage ist, ohne angeschlossene Pumpen oder gefährliche Stoffe in natürlichen Umgebungen zu operieren.

Das Forschungsteam plant, den Aktor weiter zu miniaturisieren, seine Betriebsbelastung zu erhöhen und fortschrittliche Vorspannmechanismen zu entwickeln. Dennoch bietet das aktuelle Aktordesign eine solide Grundlage für Forscher, die weiche Roboter ohne die pneumatische Komplexität oder die Risiken von Hochdrucksystemen entwickeln möchten.

Weitere Informationen: D. Fonseca et al., „Elektrisch angetriebene Phasenwechselaktoren treiben die Entwicklung weicher Roboter an“, Nature Communications (2025).