Von fest zu flüssig: Ein Gallium-Roboter als Gestaltwandler

Zahlreiche Einsatzgebiete in Medizin und Maschinenbau denkbar.

Es klingt wie Science-Fiction: Ein Roboter, der zwischen fester und flüssiger Form wechseln kann. Einen ebensolchen hat ein internationales Forscherteam in Miniaturform gebaut und in der Fachzeitschrift Matter vorgestellt. Anhand von Videos demonstriert die Studie eindrucksvoll die Fähigkeiten des Roboters: So zeigte er sich in der Lage, durch Flüssigwerden aus einem engen Käfig zu entkommen und sich anschließend in einem Förmchen wieder zusammenzusetzen. Ebenso konnte er über Gräben springen, Wände hinaufklettern und sich sogar kurzzeitig in zwei Hälften teilen, um ein Objekt zu umgehen.

Möglich wird das durch ein neues Material, das seinen Zustand unter Einfluss eines Magnetfelds ändern kann. Dazu betteten die Wissenschaftler magnetische Neodym-Eisen-Bor-Mikroteilchen in Gallium ein, ein Technologiemetall, das sich aufgrund seines niedrigen Schmelzpunkts bereits bei knapp unter 30 Grad verflüssigt.

Der Roboter kurz vor dem „Ausbruch“ aus seinem Gefängnis. Standbild aus dem Video der Wissenschaftler. Klick aufs Bild führt zum Video.

Credit: Wang and Pan et al.

Formwechsel gibt Robotern mehr Funktionalität

Damit werden zwei Tendenzen zusammengeführt, die sich derzeit im boomenden Forschungsfeld der Robotik beobachten lassen: Feste Roboter, die jedoch wenig flexibel sind, und ihre „weichen“ Gegenstücke. Diese seien zwar wesentlich anpassungsfähiger, aber schwach und schwer zu steuern, so Eurekalert. Statt harte und weiche Komponenten zu kombinieren, setzte das Forscherteam auf die Entwicklung eines sogenannten phasenverschiebenden Materials. Ziel sei es, Robotern mehr Funktionalität zu geben, erklärt Studienleiter Chengfeng Pan, Ingenieur an der Chinesischen Universität Hongkong.  

Die magnetischen Partikel erfüllen dabei zwei Aufgaben, so Autor Carmel Majidi von der Carnegie Mellon University (USA): Sie machen Gallium empfänglich für ein magnetisches Wechselfeld. So kann das Metall durch Induktion auf 25 bis 35 °C erwärmt werden, um den Phasenwechsel herbeizuführen. Zudem verleihen sie dem Roboter Mobilität und die Fähigkeit, sich als Reaktion auf das Magnetfeld zu bewegen. Anders als bei bisher hergestellten phasenverschiebenden Materialien seien somit keine externen Wärmequellen wie Heizpistolen oder elektrische Ströme nötig, um die Umwandlung von fest zu flüssig auszulösen.

Medizinische und technische Probleme lösen

In der Praxis könnte das zur Lösung spezifischer medizinischer und technischer Probleme beitragen, sagt Pan. Tests hätten gezeigt, dass der Roboter Fremdkörper aus einem Modellmagen entfernen kann, ebenso wie ihm Medikamente zu verabreichen. Auch im Bereich Montage und Reparatur könne er zum Einsatz kommen, etwa als intelligente Lötmaschine und Universalschraube, um Teile an schwer zugänglichen Stellen zusammenzubauen. Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten sollen nun durch weitere Studien erforscht werden.

Photo: iStock/Igor Krasilov