Seit 2013 entwickeln Forscher der Harvard University im Microrobotics Lab den RoboBee – eine winzige Roboterbiene, die zunächst als fliegender Mikrobot startete und letztes Jahr lernte, sich mit statischer Elektrizität an Wänden festzuhalten. Nun beherrscht die neueste Version auch das Schwimmen.
Das Team hat die fortschrittlichste Variante des RoboBee vorgestellt. Mit einer Höhe von nur zwei Zentimetern wiegt dieser Leichtbau 1.000-mal weniger als vergleichbare Flug- und Schwimmroboter.
Die Innovation wird in einem Artikel der renommierten Fachzeitschrift Science Robotics detailliert beschrieben. Die Entwickler sehen vielfältige Einsatzmöglichkeiten, von Such- und Rettungsmissionen bis hin zur Umweltforschung.
„Dies ist der erste Mikroroboter, der sich wiederholt in und durch komplexe Umgebungen bewegen kann“, erklärt Dr. Yufeng Chen, damaliger Doktorand im Microrobotics Lab der Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) und Erstautor der Studie. „Wir haben innovative Mechanismen entwickelt, die einen direkten Übergang vom Wasser in die Luft ermöglichen – eine Leistung, die selbst die Natur bei Insekten nicht bietet.“
Die Herausforderung bestand darin, die Oberflächenspannung des Wassers zu überwinden. Dazu wurden vier Schwimmhilfen („Floaties“) und eine Kammer integriert, die Wasser durch Elektrolyse in Knallgas (Wasserstoff und Sauerstoff) umwandelt.
Diese Kammer drückt die Flügel aus dem Wasser, während die Schwimmkörper Stabilität an der Oberfläche gewährleisten.
„Durch das optimierte Design können wir nun mehr als das Dreifache der Nutzlast im Vergleich zum Vorgänger tragen“, betont Chen. „Das erlaubte die Integration der Gaskammer, Elektrolyseplatten, Zünder und Ausleger – das Gesamtgewicht steigt auf 175 Milligramm, rund 90 mg mehr als zuvor. Unsere Arbeit soll zukünftige multifunktionale Mikroroboter inspirieren, die sich auf anspruchsvollem Gelände bewegen und diverse Aufgaben meistern.“
Das Knallgas dient zudem als Treibstoff, gewonnen direkt aus dem Wasser.
„Angesichts der begrenzten Nutzlastkapazität konnte der RoboBee keinen eigenen Treibstoff mitführen. Wir nutzen stattdessen Umweltressourcen kreativ“, ergänzt Elizabeth Farrell Helbling, Doktorandin im Microrobotics Lab und Mitautorin. „Die Oberflächenspannung ist eine Hürde beim Start, aber auch ein Helfer beim Gassammeln.“
Ein direkter Übergang vom Schwimmen zum Fliegen ist noch nicht möglich, doch das Team arbeitet daran.
„Der RoboBee eröffnet Einblicke in Kräftewelten, die auf menschlicher Skala unvorstellbar sind“, sagt Prof. Robert Wood, Leiter des Microrobotics Labs und Professor für Ingenieurwissenschaften an der Harvard University sowie leitender Autor. Der Roboter musste die Flügelfrequenz perfektionieren, um sich in Luft und Wasser fortzubewegen.
„Beim Fliegen tritt er auf der Stelle, beim Schwimmen wie in Melasse. Die Oberflächenspannung wirkt wie eine Mauer. Diese Roboter ermöglichen es uns, solche Phänomene tiefgehend zu erforschen.“