Neues Verfahren lässt Roboter auf Wasser laufen – dank Wärmeantriebssystem

Ein Forscherteam der School of Engineering and Applied Science der University of Virginia hat eine neue Fertigungstechnik namens HydroSpread entwickelt. Damit ist es möglich, ultradünne, flexible Roboter direkt auf einer Wasseroberfläche zu strukturieren. Die neue Methode wird in der Fachzeitschrift Science Advances detailliert beschrieben und eliminiert einen schwierigen Herstellungsschritt. Dadurch könnte die Massenproduktion winziger Roboter für die Umweltüberwachung sowie für Such- und Rettungsaktionen ermöglicht werden.

Die größte Herausforderung bei der Herstellung von feinen Robotern, die auf dem Wasser laufen, besteht darin, dass ihre extrem dünnen Körper häufig beschädigt werden, wenn sie von der starren Fertigungsfläche auf die Wasseroberfläche transferiert werden. Die neue Technik, HydroSpread genannt, löst dieses Problem, indem der Film direkt auf der Wasseroberfläche hergestellt wird.

Der Prozess beginnt damit, dass eine flüssige Polymertinte auf die Wasseroberfläche aufgetragen wird. Für die Demonstrationen trugen die Forscher Polydimethylsiloxan (PDMS) auf eine Wasseroberfläche auf, wo es sich zu perfekt gleichmäßigen, zweischichtigen Filmen ausbreitete. Anschließend werden die Filme mit einem Laser präzise in die gewünschten Formen strukturiert.

Die Forscher sagen, diese Methode sei präziser als die Fertigung auf einer festen Oberfläche. Der flüssige Träger (Wasser) leitet die Hitze des Lasers schnell ab, wodurch eine Überhitzung verhindert wird, die zu Fehlern in den Strukturen führen kann. Mithilfe dieser Technik wurden zwei Prototypen entwickelt: der HydroFlexor, der sich mit flossenartigen Bewegungen fortbewegt, und der HydroBuckler, der mit einer sich abwechselnd hoch- und runterwölbenden Bewegung „läuft“ und damit Wasserläufer imitiert.

Die Roboter werden durch die Wärme einer externen Infrarotquelle angetrieben. Diese bewirkt, dass sich die beiden Schichten des Films unterschiedlich schnell ausdehnen und so Bewegung erzeugen. Die Forscher sehen in dieser Technik auch Anwendungsmöglichkeiten in ultradünnen Schichten für tragbare medizinische Geräte (Wearables) und flexible Komponenten für die Elektronik der nächsten Generation.