Soft Robotics

ETH: Wie durch Magnete Flächen entstehen

Wissenschaftler aus der Schweiz haben magnetische Bausteine entwickelt, aus denen man erstmalig Flächenobjekte bauen kann. Welchen Nutzen sie für Soft-Robotics-Anwendungen haben.

Forschung Robotik ETH Zürich Magneten

Magnete sind bekanntlich Dipole, das bedeutet, gleiche Pole stoßen sich ab, ungleiche ziehen sich an. Forschende der ETH Zürich haben würfelförmige magnetische Bausteine geschaffen, mit denen es erstmals möglich ist, Flächenobjekte zu bilden. Die neuen Bausteine – die Forschenden nennen sie Module – sind keine Dipole, sondern Quadrupole. Sie haben je zwei Nord-​ und Südpole. Im Inneren der im 3D-​Druck aus Kunststoff gefertigten Module befinden sich je zwei kleine herkömmliche Dipolmagnete, und zwar so, dass jeweils deren gleiche Pole gegeneinander gerichtet sind. Diese Bausteine lassen sich schachbrettartig zu beliebigen flächigen Objekten zusammenfügen: Weil sich Süd-​ und Nordpol jeweils anziehen, hat ein Quadrupol-​Baustein, dessen beide Südpole links und rechts liegen, auf seinen vier Seitenflächen als Nachbarn Bausteine, die um 90 Grad gedreht sind, also deren Nordpole links und rechts liegen.

Nach diesem Prinzip fertigten die Forscher farbige Module mit einer Kantenlänge von zwei Millimetern an. Zu Veranschaulichungszwecken fügten sie sie zu „Pixel-​Art“-​Emojis zusammen. Mögliche Anwendungen gehen jedoch über diese Spielerei hinaus. „Interessant scheinen uns vor allem Anwendungen im Bereich Soft Robotics“, sagt Hongri Gu, Doktorand in der Gruppe von ETH-​Professor Bradley Nelson und Erstautor der Arbeit.

Künftig Roboter durch Magnetfeld steuern?

Der erwähnte Quadrupol dominiert die magnetischen Eigenschaften der Module. Allerdings ist es ein wenig komplizierter, denn zusätzlich zum starken Quadrupol konzipierten die Forscher in den Bausteinen einen schwachen Dipol. Dies erreichten sie, indem sie die ins Modul eingebetteten kleinen Magnete nicht parallel zueinander, sondern leicht abgewinkelt anordneten.

White Paper zum Thema

© Gu H et al. Science Robotics 2019

„Dies führt dazu, dass sich die Module wie eine Kompassnadel an einem äußeren Magnetfeld ausrichten“, erklärt ETH-​Doktorand Gu. „Über ein veränderbares Magnetfeld ist es somit möglich, die aus den Modulen gebauten Objekte zu bewegen. In Kombination mit flexiblen Verbindungen kann man gar Roboter bauen, die sich durch ein Magnetfeld steuern lassen.“

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