Ein Team von Maschinenbauingenieuren der Duke University in den USA hat kürzlich einen Machbarkeitsnachweis für ein neuartiges, programmierbares Robotermaterial vorgeführt. Dieses Material besteht aus modularen Einheiten, die Lego-Bausteinen ähneln, und kann durch Programmierung seine mechanischen Eigenschaften dynamisch verändern, um die Flexibilität von biologischem Gewebe nachzuahmen.
Das Forschungsteam nutzte ein Metallverbundmaterial aus Gallium und Eisen, um einzelne Einheiten zu füllen. Bei Raumtemperatur ist das Material fest, aber durch Erhitzen mit elektrischem Strom können bestimmte Einheiten verflüssigt werden. Dies ermöglicht es, Eigenschaften wie die Steifigkeit ähnlich wie das Schreiben von Daten auf ein Speichermedium zu programmieren. Yun Bai, Erstautor der Studie und Doktorand, erklärte: „Wir wollten ein Material wie menschliche Muskeln herstellen, das seine Steifigkeit in Echtzeit ändern kann.“ In zweidimensionaler Form kann dieses dünne Materialblatt seine Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften präzise anpassen, ohne seine Form zu verändern.
Im dreidimensionalen Aufbau wurden noch vielversprechendere Fortschritte erzielt. Das Team stellte einen modularen Würfel mit 27 unabhängig programmierbaren Einheiten her. Mehrere Würfel können zusammengeklebt werden, um komplexe Strukturen zu bilden. Durch die Steuerung des Zustands lokaler Einheiten mit elektrischen Signalen können die mechanischen Eigenschaften der gesamten Struktur flexibel angepasst werden. Bai sagte: „Das ermöglicht es uns, flexibel 3D-Strukturen mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften zu erstellen.“ In einer Demonstration verbanden die Forscher 10 Würfel zu einer programmierbaren Schwanzstruktur, die im Inneren eines Roboterfisches installiert wurde. Tests zeigten, dass der Roboterfisch allein durch Ändern der Anordnung fester Einheiten im Schwanz auf verschiedene Bahnen gelenkt werden konnte.
Die Forscher sehen Anwendungsmöglichkeiten in einer zukünftigen Miniaturisierung der Technologie für Bereiche wie die medizinische Überwachung, beispielsweise für die Bewegung innerhalb von Blutgefäßen oder die Bildung von adaptiven Stents. Die leitende Forscherin, Assistenzprofessorin Xiaoyue Ni, sagte: „Wir hoffen, weiche, programmierbare Materialien für Roboter herzustellen, damit sie in einer Vielzahl von Umgebungen eine Vielzahl von Aufgaben ausführen können.“ Diese Forschung liefert neue Ansätze für die Entwicklung von Robotersystemen der nächsten Generation mit umgebungsanpassungsfähigen Eigenschaften.
Weitere Informationen: Autoren: Yun Bai et al., Titel: „Digital Composites with Reprogrammable Phase Architectures“, veröffentlicht in: Science Advances (2026). Zeitschrifteninfo: Science Advances
