Neue winzige Pumpe macht weiche Roboter leichter und agiler

Damit könnte sie sperrige Kompressoren in bestehenden Systemen ersetzen und zukünftige Anwendungen in puncto Gewicht, Tragbarkeit und Flexibilität verbessern. Aktuelle weiche Robotersysteme stützen sich häufig auf starre Pumpen oder voluminöse pneumatische Anlagen, die Bewegungsfreiheit und Mobilität einschränken.

Das Forscherteam aus Bristol hat die LIMA-Pumpe konzipiert, um diese Limitationen zu überwinden. Das Funktionsprinzip basiert auf der Umwandlung elektrischer Energie in Strömungsbewegung durch flüssiges Metall.

Zur Demonstration der Technologie bauten die Wissenschaftler unter anderem roboterhafte Schmetterlingsflügel, ein farbveränderndes Armband sowie einen haptischen Fingerkuppenbehälter, der über ein Handgelenkband verfügt und Berührungsempfindungen durch Zusammendrücken simuliert.

Technik, Energie und Einsatz

Die Pumpe arbeitet, indem sie flüssige Metalltröpfchen durch ein Magnetfeld bewegt. Fließt elektrischer Strom durch die Tropfen, entsteht eine Lorentz-Kraft, welche das Metall hin und her bewegt und so eine Pumpwirkung im System erzeugt.

Die Forscher betonen, dass die hohe Leitfähigkeit, die Verformbarkeit sowie der geringe Bewegungswiderstand des flüssigen Metalls es dem Gerät ermöglichen, bereits bei extrem niedrigen Spannungen einen nützlichen Druck und Durchfluss zu erzeugen.

Saba Firouznia, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Soft Robotics Lab der University of Bristol, bezeichnet die Entwicklung als spannend, da sie bestehende Hindernisse wie Starrheit und Unhandlichkeit überwindet. Sie bietet stattdessen eine miniaturisierte, tragbare und anpassungsfähige Lösung.

Technik und Auswirkungen

Firouznia zufolge lässt sich das Gerät nicht nur in etablierten Anwendungen wie Lab-on-a-Chip-Systemen zur Krankheitsdiagnostik wirksamer einsetzen, sondern eröffnet auch neue Einsatzfelder. Dazu zählen Mikropumpen für robotergestützte Kleidung oder winzige Aktoren zur Umgebungsprobenahme.

Jonathan Rossiter, Professor für Robotik an der University of Bristol und Mitautor der Studie, beschreibt die Technologie als kompaktes „Herz" für zukünftige robotische Systeme. Er hebt hervor, dass die LIMA-Pumpe als weiches, kompaktes Element fungiert und Pumpen, Signalgebung sowie Energietransfer auf einer einzigen Niedrigspannungsplattform vereint.

Dies sei für die Entwicklung autonomer weicher Roboter und adaptierbarer tragbarer Technologien, die leichte integrierte Pumpensysteme erfordern.

Technik, Energie und Einsatz

Anders als herkömmliche weiche Pumpen, die oft auf sperrige oder hochspannungstechnische Hardware angewiesen sind, integriert die LIMA-Pumpe Energietransfer, Fluidbewegung und Signalgebung in eine einzige weiche Plattform.

Rossiter erklärt, dass die Pumpe nicht nur hydraulische Energie, sondern auch chemische Energie und Informationssignale über weiche fluidische Netzwerke übertragen kann. Dies steigere ihr Potenzial zur Integration in multifunktionale robotische Systeme erheblich.

Die Forscher untersuchen derzeit weitere Anwendungsmöglichkeiten für die Technologie, darunter intelligente Verbände, robotische Kleidung und essbare Roboter. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.