Neuer Ansatz aus Lausanne: Mechanische Resonanz statt Elektronik
In Lausanne haben Forschende der EPFL einen neuen Ansatz für die Mobilisierung winziger Roboter demonstriert: Anstelle von Motoren und elektronischer Steuerung nutzen die Geräte mechanische Hohlräume, die auf bestimmte Schallfrequenzen resonant reagieren. Die Resultate veröffentlichen die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Science Advances, wie die EPFL in einer Medienmitteilung schreibt.
Die entwickelten Miniroboter kommen demnach ohne elektronische Bauteile an Bord aus. Glockenförmige Hohlräume wandeln Schallwellen in Antriebskraft um: Die Luft im Innern gerät in Schwingung und wird als gebündelter Strahl ausgestossen. Durch die gezielte Anordnung mehrerer Hohlräume lassen sich Bewegungsrichtungen und Manöver steuern.
- Mechanismus: Resonanz von luftgefüllten Hohlräumen
- Äusserer Antrieb: Hörbare Schallfrequenzen für Boote, Ultraschall für Fluggeräte
- Grössenordnung: Zentimetergrosse Miniaturboote; ebenfalls sehr leichte, kleinste Drohnen
- Fertigung: Verschiedene 3D-Druckverfahren einsetzbar
Das Team um Selman Sakar, Leiter des Labors für Microbiorobotic Systems (Microbs) an der EPFL, baute unter anderem zentimetergrosse Miniaturboote mit drei Hohlräumen. Jeder Hohlraum reagiere auf eine andere hörbare Frequenz und trage so zur Gesamtbewegung bei. Mit wechselnden Frequenzen liess sich das Modellboot aus der Distanz steuern, Hindernisse umfahren und sogar eine Form von autonomer Navigation realisieren.
«Unsere Arbeiten zeigen, dass sich ein einfaches, aber intelligent konstruiertes mechanisches Bauteil in robotisches Material verwandeln lässt», so Selman Sakar in der Mitteilung.
Zusätzlich entwickelte das Team «Mikrodrohnen», die mit Ultraschallfrequenzen angetrieben werden und somit für das menschliche Ohr nicht hörbar sind. Einige der Fluggeräte erreichten demnach Aufstieg, andere konnten ähnlich einem Helikopter in der Luft schweben. Der Verzicht auf konventionelle Motoren oder magnetische Bauteile ermögliche besonders kompakte und leichte Konstruktionen.
Potenzial und technische Vorteile
Die vorgestellte Technik weist mehrere praktische Vorzüge auf: Da die Aktuation durch äussere Schallfelder erfolgt, reduzieren sich Gewicht und Komplexität der einzelnen Geräte erheblich. Die Möglichkeit, verschiedene schallempfindliche Strukturen in ein einziges flexibles Bauteil zu integrieren, eröffnet laut EPFL neue Design-Spielräume. Je nach verwendeter Frequenz könnten einzelne Bereiche eines Bauteils selektiv bewegt, verbogen oder vibriert werden.
| Gerätetyp | Antriebsfrequenz | Eigenschaft |
|---|---|---|
| Miniaturboot | Hörbare Frequenzen | Mehrere Hohlräume, Steuerung über Frequenzwechsel |
| Mikrodrohne | Ultraschall | Für Menschen nicht hörbar, Aufstieg und Schwebefähigkeit demonstriert |
Die Forschung bleibt bislang experimentell: Die EPFL beschreibt Prototypen, Tests in kontrollierten Umgebungen und die Demonstration grundlegender Funktionen. Aussagen zur Robustheit, Langzeitsteuerung, Energieeffizienz im Vergleich zu klassischen Antrieben oder konkreten Anwendungen in Industrie oder Medizin enthält die Mitteilung nicht im Detail.
Was bedeutet das für Lausanne und die Forschung
Die Arbeit unterstreicht die Rolle der EPFL als Zentrum für interdisziplinäre Forschung und experimentelle Robotik in Lausanne. Die Kombination aus Mechanik, akustischer Physik und additiver Fertigung zeigt Wege auf, wie sich einfache physikalische Prinzipien nutzen lassen, um komplexe Aufgaben auf kleinstem Raum zu realisieren. Für die Region ist dies relevant, weil solche Entwicklungen Kooperationen mit lokalen Start-ups, Zulieferern und Forschern stimulieren können.
Die EPFL weist darauf hin, dass sich verschiedene 3D-Druckverfahren einsetzen liessen, was den Transfer in industrielle Prototypen erleichtere. Gleichzeitig bleibt anzumerken, dass weitere Schritte nötig sind, um die Technik ausserhalb des Labors verlässlich und sicher zu betreiben — insbesondere bei der Verwendung von Ultraschall in realen Umgebungen und bei komplexeren Missionsprofilen.
In Lausanne wird die Forschung an Microbs damit um einen experimentellen Ansatz reicher, der in Zukunft sowohl grundlegende Fragen der Material- und Bauphysik als auch praktische Anwendungen in Medizin- oder Umweltrobotik berühren könnte. Bis zu konkreten Produkten oder Einsätzen sind jedoch noch zahlreiche technische und regulatorische Hürden zu nehmen.
