Vergessen Sie Metall. Wenn es um Roboter geht, ist die Zukunft weich und matschig

Irgendwo in einem Labor windet sich etwas. Es ist ein Aalroboterschwebt lautlos durch einen riesigen, dunklen Salzwassertank; Seine rhythmischen, bandartigen Bewegungen ähneln denen seines natürlichen Gegenstücks. Oder ist es ein Oktopus-inspirierter Roboter, sieht aus wie das Ding von H.P. Lovecraft hätte es sich vielleicht ausgedacht, wenn er 100 Jahre später geboren worden wäre und Robotiker statt Horrorautor geworden wäre?

Vielleicht ist es keines davon. Vielleicht ist es eine weiche Gummihülle, um ein menschliches Herz gewickelt, und drücke es regelmäßig beruhigend, damit es trotz Herzinsuffizienz weiter schlagen kann. Oder ein Hydrogel-Greifer der einen schwimmenden Fisch greifen und sichern kann, ohne ihn zu verletzen. Oder. Oder. Oder.

Die Realität ist, dass es keinen Mangel an Beispielen aus dem aufstrebenden Bereich der Soft-Robotik gibt. Als eines der aufregendsten und sich am schnellsten entwickelnden Gebiete der Robotikforschung ähneln diese Roboter nicht den harten, metallischen Maschinen, die uns die Science-Fiction versprochen hat. Sie bestehen aus gummiartigen Materialien. Außerdem sind sie viel günstiger in der Herstellung, wiegen erheblich weniger und bieten weitaus mehr Flexibilität und (was aufgrund ihrer weichen Materialien vielleicht nicht intuitiv ist) Haltbarkeit. Dabei verändern sie das, was wir unter Robotern verstehen – und erweisen sich dabei als äußerst nützlich.

Der Roboter mit tausend Einsatzmöglichkeiten

Der aktuelle Vormarsch von Soft-Robotern in einer bisher von Metall dominierten Welt ändert nichts an den traditionelleren Robotern, die von Unternehmen wie Boston Dynamics gebaut werden. Fortschritte in der traditionellen Hartrobotik haben uns allein in den letzten Jahren eine Vielzahl vielseitiger Maschinen beschert, die alles von feinen Montagearbeiten an Produktionslinien bis hin zu erledigen können Tänze aufführen, Parkour-Anzeigen oder auch Olympia-würdige Backflips. Aber diese traditionellen Roboter sind nicht für alles gut.

Sie sind großartig darin, die gleiche Aufgabe viele Male hintereinander auszuführen, was genau das ist, was erforderlich ist, wenn sie beispielsweise dabei helfen, iPhones auf einem Fließband in einer Foxconn-Fabrik zusammenzubauen. Aber wenn man sie aus dem strukturierten Bereich entfernt, in dem sie gewohnt sind, zu arbeiten, dann gelingt es ihnen plötzlich mit ihrer erstaunlichen Präzision verschwinden augenblicklich.

Dies ist aus vielerlei Gründen problematisch, nicht zuletzt aufgrund der Tatsache, dass Roboter zunehmend mit Menschen und anderen Lebewesen zusammenarbeiten werden. Dies könnte bedeuten, direkt mit Menschen als Kollegen zusammenzuarbeiten. Es könnte auch eine noch engere Ebene der Interaktion bedeuten, wie zum Beispiel der oben erwähnte Roboter, der das Herz eines Menschen angesichts eines möglichen Herz-Kreislauf-Versagens am Schlagen halten soll. Es sind diese Szenarien, die teilweise zur zunehmenden Beliebtheit von Softrobotern geführt haben.

„[Ein weiteres] spannendes Anwendungsfeld für Soft-Robotik ist der Such- und Rettungssektor.“ Giada Gerboni, ein Postdoktorand an der Stanford University, der letztes Jahr einen TED-Talk mit dem Titel „Das unglaubliche Potenzial flexibler, weicher Roboter“, sagte Digital Trends. „[In dem Labor, in dem ich arbeite] gibt es ein sehr motiviertes Team von Kollegen, das erforscht, wie a weicher Roboter, der aus der Spitze wächst – wie eine Pflanze, oder genauer gesagt eine Rebe – wäre in der Lage, durch archäologische Stätten zu navigieren, die für Menschen unzugänglich sind und voller sehr empfindlicher Artefakte, oder um die empfindlichen unterirdischen Lebensräume einiger gefährdeter Tiere zu erkunden Spezies."

Gerbonis eigene Forschung hat medizinische Anwendungen. Derzeit arbeitet sie an flexiblen Robotern, die als chirurgische Instrumente für den Zugang zu schwer zugänglichen Körperteilen eingesetzt werden könnten, so wie die Soft-Roboter ihrer Kollegen den Zugang zu entlegenen Orten erleichtern könnten.

„Meine aktuelle Arbeit in Stanford verwendet eine flexible Nadel, die von dort aus völlig verschiedene Teile der Leber erreichen kann „Eine einzige Einstichstelle und sie kann mit ihrer Spitze einen Tumor verbrennen – und dabei Tumorzellen durch Hitze zerstören“, fuhr sie fort. Eine steuerbare Nadel ist zwar nicht das, was wir uns unter einem Roboter vorstellen, aber sie ist eine der Möglichkeiten, die weiche Roboter eröffnen.

Auf Wiedersehen Metall?

Besonders spannend ist die neueste Entwicklung in der Soft-Robotik. Kürzlich haben Forscher herausgefunden, wie man das beseitigen kann Letzte harte Metallkomponenten in weichen Robotern. Wo frühere Soft-Roboter noch Komponenten wie Metallventile benötigten, ist dieser neueste Soft-Roboter da kann nur mit Gummi und Luft funktionieren – wobei Druckluft die Elektronik überflüssig macht Innereien. Dabei integriert es Gedächtnis und Entscheidungsfindung direkt in seine weichen Materialien und nutzt dabei eine Art auf digitaler Logik basierender Softcomputer.

„Diese Zustände von hohem und niedrigem Druck sind analog zu einem digitalen Signal, wobei 1 einem hohen Druck und 0 einem niedrigen Druck entspricht.“ Philipp Rothemund, erklärte uns einer der Forscher des Projekts. „Typischerweise erfolgt die Steuerung von Soft-Robotern mit elektronischen Steuerungen und der Verwendung von Hard-Ventilen, was zu Hard-/Soft-Hybridrobotern führt. Unser Softcomputer ermöglicht die Integration komplexer Steuerungen direkt in die Struktur eines Softroboters.“

All dies befindet sich noch in einem relativ frühen Stadium, zeigt aber die schnelllebige Welt des Soft Robotik: ein halbes Jahrhundert hinter ihrem härteren Gegenstück zurück, tut aber hastig ihr Bestes, um es zu fangen hoch. Es scheint auch zu funktionieren. Zusätzlich zu den bereits erwähnten Anwendungen, weiche Robotergreifer Aufgrund ihrer Fähigkeit, mit Objekten zu interagieren, ohne dass die Gefahr einer Beschädigung besteht, werden sie heute an Fließbändern eingesetzt.

Wie Giada Gerboni jedoch anmerkt, ist es ein Fehler, Soft-Robotik als Konflikt mit traditionellen Hard-Robotern zu betrachten.

„Ich würde nicht sagen, dass Soft-Roboter besser sind, aber es ist nur eine Klasse von Robotern – oder eine Art, Robotik zu betreiben –, die wir nicht mehr umhinkommen, darüber nachzudenken“, sagte sie. „Soft-Roboter haben bereits gezeigt, dass sie ein großes Potenzial für Navigationsaufgaben haben, weil sie es können Sie können ihren Körper leicht artikulieren und ihre Navigation wird nicht durch plötzliche Kontakte mit Unbekanntem beeinträchtigt Objekte. Aber wenn es um eine andere sehr häufige Aufgabe von Robotern geht, etwa Manipulationsaufgaben, dann ist es sehr schlecht, nicht starre Teile zu haben, weil der Roboter nur sehr wenig Kraft ausüben kann, was bedeutet, dass er nicht heben kann viele Objekte.] Aufgrund der hohen Körperflexibilität, der Freiheitsgrade und der begrenzten Sensorintegration können sie außerdem nicht präzise gesteuert werden, sodass sie keine sehr präzise Manipulation durchführen können Aufgabe."

Sowohl hart als auch weich

Letztendlich, sagt sie, wird der beste Weg, wirklich nützliche Roboter für unser Leben zu bauen, darin bestehen, sowohl Hartes als auch Weiches zu kombinieren: so, wie wir es bei den Materialien sehen, die in der Natur vorkommen. „Sehen Sie sich einfach die Menschen an“, sagte sie. „Es sind perfekte Robotermaschinen mit weichen Komponenten, aber auch steifen Strukturen und Standardgelenken. [Sie] können Aufgaben in unterschiedlichen Kontexten ausführen, aber auch präzise sein und Kräfte ausüben.“

Einige Forscher sind sogar damit beschäftigt, Materialien zu erforschen, die es weichen Robotern ermöglichen, sich bei Bedarf zu versteifen, oder sie kombinieren Materialien unterschiedlicher Steifigkeit, um sowohl Präzision als auch Geschicklichkeit zu erreichen. Den Begriff „Soft-Roboter“ gibt es erst seit einem Jahrzehnt – aber er hat sich bereits eine Nische erobert. (Und er findet auch seinen Weg in die Popkultur: Schauen Sie sich Baymax an, den liebenswerten Roboter von Disney Großer Held 6.)

Auf dem Weg zu einer Welt, in der Roboter Teil unseres Alltags sind, werden Soft-Roboter wichtiger denn je. Eines ist sicher: Im Jahr 2019 ist das Wort „Roboter“ nicht mehr gleichbedeutend mit „Metallmaschine“.

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