Einer der großen Schurken aus Science-Fiction-Filmen war der formwandelnde Roboter T-1000 aus Terminator 2.
Die Fähigkeit des Roboters, zwischen fester und flüssiger Form zu wechseln, bedeutete, dass er fast jedes Hindernis überwinden konnte, einschließlich Metallstangen – und sorgte für einige ikonische und gruselige Szenen.
Jetzt haben Wissenschaftler eine Mini-Version des T-1000 entwickelt. Während es eher wie eine Lego-Figur aussieht als wie ein furchterregender mannsgroßer Roboter aus der fernen Zukunft, kann es sich genau wie der T-1000 in eine flüssige Form verwandeln, um sich an Hindernissen vorbeizubewegen.
Glücklicherweise enden hier die Ähnlichkeiten vorerst. Der Roboter wird mit in seinem Material eingebetteten Magnetpartikeln gesteuert.
Dies verleiht ihm die Fähigkeit, zu einer flüssigen Form zu schmelzen und sich durch Erhitzen und Abkühlen, induziert durch ein magnetisches Wechselfeld, wieder zu verfestigen.
Es ermöglicht dem Team auch, die Bewegung des Roboters als Reaktion auf ein bestimmtes Magnetfeld zu steuern.
Wissenschaftler hoffen, dass die Entdeckung eines Tages in mehreren Bereichen helfen könnte, von der Medizin bis hin zu Fließbändern, wo das Material beispielsweise das Löten und Schrauben von Teilen an schwer zugänglichen Stellen erleichtern könnte.
Veröffentlichung ihrer Ergebnisse in der Zeitschrift Mattererklärten die Forscher, wie sie das Metall Gallium verwendeten, da es einen sehr niedrigen Schmelzpunkt von 29,8 °C hat.
Gestaltwandelnder Roboter
Durch Erhitzen und Abkühlen des Roboters konnten sie demonstrieren, wie er durch die Lücken in Metallstangen schmelzen kann, bevor er wieder seine Form annimmt.
„Roboter in die Lage zu versetzen, zwischen flüssigen und festen Zuständen zu wechseln, verleiht ihnen mehr Funktionalität“, sagte Chengfeng Pan, ein Ingenieur an der Chinese University of Hong Kong, der die Studie leitete.
„Einer besteht darin, dass sie das Material auf ein magnetisches Wechselfeld ansprechen lassen, sodass Sie das Material durch Induktion erwärmen und die Phasenänderung bewirken können. Aber die Magnetpartikel verleihen den Robotern auch Mobilität und die Fähigkeit, sich als Reaktion auf das Magnetfeld zu bewegen.“
Die Idee wurde tatsächlich von Seegurken und anderen in der Natur vorkommenden Tieren inspiriert, die zwischen steifen und schlaffen Zuständen wechseln können, um entweder ihre Tragfähigkeit zu verbessern oder Schäden durch die Umwelt zu vermeiden.
Herkömmliche Roboter haben laut den Forschern einen harten Körper und sind steif, während „weiche“ Roboter flexibel, aber schwach sind.
Das Team war in der Lage, eine „magnetoaktive Fest-Flüssig-Phasenübergangsmaschine“ zu entwickeln – einen Phasenverschiebungsroboter, der nicht auf Heißluftpistolen, elektrische Ströme oder andere externe Wärmequellen wie vorhandene Phasenverschiebungsmaterialien angewiesen ist.
Ein Roboter für schwer zugängliche Stellen
Der Roboter schlüpfte nicht nur durch die Stäbe, sondern wurde auch auf Herz und Nieren geprüft, als er über Wassergräben sprang, Wände hochkletterte und sich sogar in zwei Hälften teilte, um andere Objekte herumzubewegen, bevor er wieder zusammenkam.
„Jetzt treiben wir dieses Materialsystem auf praktischere Weise voran, um einige sehr spezifische medizinische und technische Probleme zu lösen“, sagt Pan.
Das Team hat demonstriert, wie die Roboter einen Fremdkörper aus einem Modellmagen entfernen und wie sie Medikamente nach Bedarf in denselben Magen liefern können.
Sie zeigten auch, wie das Material als intelligente Lötroboter für die Montage und Reparatur von drahtlosen Schaltungen funktionieren könnte – indem es in schwer zugängliche Schaltungen sickert und sowohl als Lötmittel als auch als Leiter fungiert.
Sie könnten auch als universelle mechanische Schraube zur Montage von Teilen an schwer zugänglichen Stellen verwendet werden, indem sie in die Gewindebuchse eingeschmolzen und dann verfestigt werden.
„Zukünftige Arbeiten sollten weiter untersuchen, wie diese Roboter in einem biomedizinischen Kontext eingesetzt werden könnten“, sagt Majidi.
„Was wir zeigen, sind nur einmalige Demonstrationen, Proofs of Concept, aber es sind noch viel mehr Studien erforderlich, um zu untersuchen, wie dies tatsächlich für die Verabreichung von Medikamenten oder zum Entfernen von Fremdkörpern verwendet werden könnte.“