Weiche Roboter wirken jetzt deutlich lebensechter.
Harvard-Ingenieure haben eine 3D-Druckmethode entwickelt, mit der sich flexible Maschinen herstellen lassen, die sich ähnlich wie echte Muskeln auf Befehl beugen und bewegen. In einer in Advanced Materials veröffentlichten Studie beschreibt das Team ein Fertigungsverfahren, das die Bewegung bereits beim Drucken direkt in weiche Strukturen integriert.
Wenn Rotation zur Anweisung wird
Der Durchbruch beruht auf dem Druckkopf. Statt nur ein Material aufzutragen, extrudiert eine rotierende Doppeldüse in einem kontinuierlichen Durchgang eine flexible äußere Hülle um ein vorübergehend eingesetztes inneres Gel.
Während sich die Düse dreht, legt sie fest, wo sich der innere Kanal innerhalb jedes Filaments befindet. Sobald die äußere Schicht aushärtet, wird das Gel entfernt, sodass hohle Wege zurückbleiben, die mit Luft unter Druck gesetzt werden können. Diese Kanäle sorgen für die Biegung; Richtung und Stärke werden bereits bei der Fertigung und nicht erst nach dem Zusammenbau festgelegt.
Das Ergebnis ist ein weiches Bauteil, das in einem einzigen Durchgang entsteht – ohne die Formen oder mehrstufigen Schichten, die die Herstellung weicher Robotik traditionell geprägt haben.
Die Bewegung gestalten, nicht nur das Aussehen
Die Steuerung ist bereits in das Layout integriert. Indem die Geometrie jedes Filaments angepasst wird, können Forschende beeinflussen, wie sich eine Struktur nach dem Aufblasen krümmt, verdreht oder biegt.
Die gedruckten Stränge können gerade verlaufen, sich bogenförmig über eine Oberfläche ziehen oder sich zu erhabenen Mustern stapeln. So können sich flache Platten aufrollen und segmentierte Formen an definierten Punkten biegen. In Laborvorführungen fertigte das Team einen spiralförmigen Blütenaktor und einen von der menschlichen Hand inspirierten Greifer mit fünf Fingern und biegsamen Knöcheln.
Für komplexere Konstruktionen wie den Greifer nutzten die Forschenden eine verbundene spiralförmige Pfadstrategie, mit der der Drucker komplexe Formen in einer einzigen ununterbrochenen Bewegung erzeugen kann.
Statt später separate Mechanismen anzubringen, wird das Verhalten der Struktur durch ihre gedruckte Architektur bestimmt.
Schneller vom Konzept zum Test
Das Verfahren beschleunigt außerdem die Entwicklung. Bei der herkömmlichen Soft-Robotik müssen oft zunächst Formen entworfen und gefertigt werden, bevor überhaupt Tests beginnen können. Das verlangsamt die Iteration und legt Designs frühzeitig fest.
Hier kann auf eine digitale Anpassung ein neuer Druck und ein weiterer Testzyklus folgen – ohne zusätzliche Werkzeuge. Diese kürzere Schleife erleichtert es, mit neuen Geometrien zu experimentieren und die Leistung zu optimieren.
Für Präzisionsaufgaben auf engstem Raum entwickelt
Weiche Robotersysteme werden zunehmend für Umgebungen nachgefragt, in denen starre Maschinen an ihre Grenzen stoßen, insbesondere im Gesundheitswesen. Geräte, die sich biegen und zusammendrücken lassen, eignen sich besser für die Navigation durch enge oder empfindliche Bereiche, auch im menschlichen Körper.
Das Harvard-Team nennt mögliche Anwendungen in der Operationsrobotik und in Assistenztechnologien, bei denen kontrollierte Bewegungen und die Nachgiebigkeit des Materials entscheidend sind. Die Forschenden haben außerdem ein Patent auf die Druckmethode angemeldet – ein Zeichen für ihre Ambitionen über das Labor hinaus.
Nachdem Unitree im vergangenen Jahr rund 5.500 Einheiten ausgeliefert hat, nimmt das Unternehmen nun 20.000 humanoide Roboter im Jahr 2026.