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Ein weicher, biologisch abbaubarer Aktuator, der die Bewegung biologisch abbaubarer Roboter antreiben und eine Zukunft in Symbiose mit menschlichen Bedienern ermöglichen könnte.
Der Einsatz von Robotern in unserem Alltag nimmt exponentiell zu, wobei die Anwendungen von der Industrie bis zum Gastgewerbe reichen. Einige Forscher stellen sich sogar eine nahe Zukunft vor, in der es, ähnlich wie in einer Szene aus Star Wars, Umgebungen voller Roboter geben wird. Dies geschieht nicht in einer weit, weit entfernten Galaxie, sondern direkt hier auf der Erde – und möglicherweise in Ihrem Arbeitsplatz oder Wohnzimmer.
Aber eine solche Integration autonomer oder halbautonomer Maschinen, die einfache Aufgaben ausführen sollen, in unser Leben ist nicht ohne Risiko. Erstens könnten harte Roboter aus Metallen und Kunststoffen, die mit unseren weichen menschlichen Körpern zusammenarbeiten, zu Verletzungen führen. Zweitens gibt es mögliche Auswirkungen auf die Umwelt. Die Schaffung von Robotern durch irreversible Prozesse bedeutet, die Umwelt mit Materialien zu füllen, die sich nicht auf natürliche Weise zersetzen.
Das Problem besteht darin, dass aktuelle Softroboter normalerweise aus synthetischen Polymeren wie Silikonkautschuk und Acrylpolymeren hergestellt werden. Obwohl diese Materialien kostengünstig und einfach zu handhaben sind, sind sie chemisch stabil und daher nicht biologisch abbaubar. Dies könnte bei der Entsorgung von Robotern zur Umweltzerstörung führen. Tatsächlich entdecken Wissenschaftler bereits Fische, in deren Körper sich nicht abgebaute Silikonkautschuke und Acrylpolymere abgelagert haben.
Daher besteht der Bedarf an Softrobotern aus biologisch abbaubaren Teilen. Teile wie der weiche und biologisch abbaubare Aktuator, der in vorgeschlagen wird neue Forschung in der Zeitschrift veröffentlicht Fortschrittliche intelligente Systeme von Forschern der Universität für Elektrokommunikation in Japan, des Politecnico di Bari in Italien und der École Polytechnique Fédérale de Lausanne in der Schweiz.
„Der Aktuator besteht aus Gelatineelektroden, die auf beiden Seiten eines Polymilchsäurebeutels (PLA) mit Sojaöl angebracht sind, und alle Materialien sind biologisch abbaubar“, korrespondierender Autor Jun Shintake von der Abteilung für Maschinenbau und Intelligente Systemtechnik der Universität für Elektrokommunikation , Tokio, Japan, sagte.
Roboter und Mensch in Symbiose
Ein Aktuator ist ein Gerät, mit dem ein Roboter Energie in Bewegung umwandelt und so entweder eine lineare oder rotierende Bewegung erzeugt. Shintake erklärte, dass die meisten Soft-Roboter-Aktuatoren durch Flüssigkeit angetrieben werden, das von diesem internationalen Team entwickelte System jedoch stattdessen elektrisch angetrieben wird.
In dem Beutel aus PLA befindet sich Sojaöl, das als dielektrische Flüssigkeit fungiert und zwischen Elektroden aus einer Mischung aus Gelatine, Glycerin und Natriumchlorid liegt. Das Team weist darauf hin, dass diese biologisch abbaubaren Materialien in Hülle und Fülle verfügbar sind.
„Wenn zwischen den Elektroden eine Potentialdifferenz angelegt wird, werden die Elektroden durch die erzeugte elektrostatische Kraft zueinander angezogen, was zu einer Verformung des Beutels führt“, erklärte Shintake. „Die Verformung ermöglicht ein muskelähnliches Kontraktionsverhalten.“
Die Abhängigkeit von Elektrizität bedeutet, dass der Aktor des Teams nicht die großen Pumpen und sperrigen Kompressoren benötigt, die bei herkömmlichen Fluidaktoren erforderlich sind. Dadurch könnte dieser neue Aktuator in kompakteren Robotern eingesetzt werden, die auch mit einer kleinen Batterie und Steuerung ausgestattet sind. Dies könnte für Roboter, die auf engstem Raum neben Menschen arbeiten müssen, von großem Nutzen sein.
Die Forscher weisen darauf hin, dass ihr Aktuator mit biologisch abbaubaren Sensoren und Batterien kompatibel ist, die derzeit von anderen Wissenschaftlern entwickelt werden. Natürlich nützt das alles wenig, wenn der Aktuator nicht gut funktioniert, also machte sich das Team daran, sein biologisch abbaubares Gerät zu testen.
Das Team berichtete, dass die Ergebnisse, die für die biologisch abbaubaren elektrohydraulischen Soft-Aktuatoren nach Prüfung von Aspekten wie Kompression und Dehnung erzielt wurden, mit denen nicht biologisch abbaubarer Aktuatoren des gleichen Typs vergleichbar seien, was die erfolgreiche Umsetzung des Konzepts widerspiegele.
„Diese Anpassung an die Robotik wird die weitere Leistungsverbesserung von Aktoren und die Integration mit Sensoren und Batterien beschleunigen und schließlich zur Entwicklung umweltfreundlicher ‚grüner‘ Roboter führen, die vollständig aus biologisch abbaubaren Elementen bestehen“, schlussfolgerte Shintake. „In einer Welt voller solcher Roboter könnte die Menschheit in einer Zukunft leben, in der Menschen, Maschinen und Natur in einer höchst symbiotischen Art und Weise koexistieren.“
Referenz: Ryo Kanno, Fabio Caruso, Kazuma Takai, Yegor Piskarev, Vito Cacucciolo, Jun Shintake, Biologisch abbaubare elektrohydraulische Soft-AktuatorenAdvanced Intelligent Systems (2023), DOI: 10.1002/aisy.202200239
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