Forschende des Exzellenzclusters Physics of Life (PoL) an der Technischen Universität Dresden (TUD) und der University of California Santa Barbara (UCSB) haben eine bahnbrechende Entwicklung in der Robotik präsentiert. Sie entwickelten Gruppen von Robotern, die sich wie intelligente Materialien verhalten. Die Ergebnisse dieser innovativen Studie wurden am 20. Februar 2025 in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht und zeigen das Potenzial, biologische Prozesse nachzuahmen.
Unter der Leitung von Prof. Otger Campàs und Matthew Devlin fokussiert sich die Forschung darauf, die Selbstorganisation und die Fähigkeit zur Bildung komplexer Strukturen zu imitieren, wie sie in embryonalen Geweben zu beobachten sind. Diese Gewebe sind bekannt für ihre Fähigkeit, sich selbst zu formen, zu heilen und die Materialstärke zu regulieren. Die Robotern imitiert diese Prozesse durch eine Kombination von aktiven Kräften, biochemischer Signalübertragung und Zell-Zell-Haftung.
Die Technologie hinter den Robotern
Die Robotereinheiten haben die Form kleiner Hockey-Pucks und sind in der Lage, sich zu unterschiedlichen Formen zusammenzusetzen, wobei sie verschiedene Materialstärken annehmen können. Die Verwendung von Magneten in den Robotern ermöglicht nicht nur die Zell-Zell-Haftung, sondern auch ein Verhalten, das dem von starremen Materialien ähnelt. Dynamische Kräfte zwischen den Roboter-Einheiten erlauben eine Umformung des Kollektivs.
Mit acht motorisierten Zahnrädern an jedem Roboter wird die Interaktion und Rekonfiguration der Gruppen erleichtert. Darüber hinaus steuern integrierte Lichtsensoren mit Polarisationsfiltern die Bewegungen dieser Roboter. Durch das Aktivieren dynamischer Kräfte oder das Anhaften aneinander können diese Roboter das Verhalten intelligenter Materialien imitieren.
Potenziale und Anwendungsgebiete
Aktuell umfasst die Proof-of-Concept-Robotergruppe zwanzig Einheiten, die jedoch auf größere Systeme skaliert werden können. Die möglichen Anwendungen dieser Technologie sind vielversprechend: Sie könnten als Robotermaterialien verwendet werden, die schwere Lasten tragen, Objekte manipulieren oder sich selbst heilen können. Solche Entwicklungen könnten in verschiedenen Bereichen, wie der Medizintechnik oder dem Bau, neue Maßstäbe setzen.
Wie die Fraunhofer Gesellschaft hervorhebt, besteht ein wachsendes Interesse an der Verbindung von Biologie und Technik. Der Ansatz des „Lernens von der Natur“ ist im konstruktiven Bereich von Bedeutung, um innovative funktionelle Materialien zu entwickeln. Biologischen Prozesse und Organismen werden direkt genutzt, was die Entwicklung von neuen Technologien wie intelligenten Robotern und biocompatiblen Materialien vorantreibt.
Zusammenfassend zeigt diese Forschung, wie durch die Übertragung biologischer Prinzipien auf die Materialwissenschaften nachhaltige Lösungen für zukünftige Herausforderungen erschlossen werden können. Die Studie wurde durch die National Science Foundation (NSF) und die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützt und ist Teil des umfassenden Ziels, geschlossene Materialkreisläufe für biobasierte, nachhaltige Wertschöpfung zu erreichen.