Rekord: Miniroboter springt 30 Meter hoch

Santa Barbara (USA) - Flöhe zählen zu den besten Sprungkünstlern in der Natur. Bei nur zwei bis drei Millimetern Körperlänge können sie einen guten halben Meter weit springen – etwa das Zweihunderfache ihrer Körpergröße. Erstmals kommt nun ein Roboter nahe an dieses enorme Sprungvermögen heran. Amerikanische Forscher entwickelten einen etwa 30 Zentimeter kleinen Prototyp, der eine Sprunghöhe von mehr als 30 Metern erreichte – rund das Hundertfache seiner Körpergröße. Wie sie in der Fachzeitschrift „Nature“ berichten, könnten solche Sprungroboter in Zukunft bei Expeditionen in zerklüftetem Gelände oder sogar auf Mondmissionen eingesetzt werden.

Zuerst analysierte das Team um Elliot W. Hawkes von der University of California in Santa Barbara zusammen mit Kollegen vom California Institute of Technology in Pasadena natürliche Sprungstrategien von Insekten und Tieren. Meist basieren diese auf der Spannung linearer Muskeln. Für den Bau eines Sprungroboters wählten sie allerdings einen Elektromotor, da dieser stärkere Kräfte über Drehbewegungen ausüben konnte. Ergebnis war ein Prototyp, der einen Motor mit wiederholt spannbaren Streben aus Kohlefasern und verstärkenden Gummibändern kombinierte.

Die beste Konstruktion bestand aus zwei etwa 40 Zentimeter langen, dünnen Kohlefaserstreben. Aufgehängt an einer Mittelachse konnten diese wie zwei übereinander gekreuzte Bögen mit einem Elektromotor gespannt werden. Dank eines Hebels, der beim Spannen in ein Zahnrad einrastete, ließ sich die Spannung der Bögen nach und nach erhöhen. Zusätzlich zwischen den Bögen gespannte Gummibänder stabilisierten diese Struktur. Es dauerte etwa eine halbe Minute, bis der Elektromotor die geraden Kohlefaserstreben vollständig zu runden Böden gespannt hatte.

Lösten die Forscher den Spannhebel, entspannten sie die Bögen schlagartig. Dabei beschleunigte der nur 30 Gramm schwere Sprungroboter wie ein Pfeil binnen neun Mikrosekunden auf eine Geschwindigkeit von 28 Metern pro Sekunde. So erreichte er eine beachtliche Höhe von knapp 33 Metern. Wieder auf die Erde gefallen konnten die Bögen mit dem Elektromotor abermals für den nächsten Sprung gespannt werden. Bei den Sprüngen wandelte der Roboter eine spezifische Energie von gut 1000 Joule pro Kilogramm um. Zum Vergleich: die effizientesten Sprungkünstler in der Natur erreichen nur spezifische Energien von höchsten 170 Joule pro Kilogramm.

Auf der Erde könnten solche Sprungroboter – ausgestattet mit kleinen Kameras und Sensoren – zusätzlich zu Flugdrohnen für die Erkundung eines schwer zugänglichen Geländes eingesetzt werden. Auf dem Mond wären wegen der sechsfach geringeren Schwerkraft sogar bis zu 125 Meter hohe Sprünge möglich. Nach Schätzungen der Forscher könnte der Roboter dabei bis zu einen halben Kilometer weit springen. Damit ließen sich bei zukünftigen Mondexpeditionen deutlich größere Regionen erkunden als heute nur mit rollenden Mars-Rovern.