An der University of Notre Dame haben Forscher den 3D-Druck von Schwarmrobotern untersucht. Ziel war es, herauszufinden, ob die Roboter sich bei auftretenden Hindernissen gegenseitig helfen. Mögliche Einsatzbereiche für die Schwarmroboter wären Such- und Rettungsaktionen, der Transport von Objekten oder auch die Erforschung des Weltraums.

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Forscher der University of Notre Dame haben vierbeinige Schwarmroboter entwickelt und mit Hilfe von 3D-Druck hergestellt, die komplexes Gelände durchqueren und Hindernisse überwinden können. Die Robotikingenieurin und Assistenzprofessorin für Elektrotechnik an der Universität Yasemin Özkan-Aydin versuchte laut einer Pressemitteilung der Universität dabei das kollektive Verhalten von Ameisen, Honigbienen und Vögeln in den Robotern nachzuahmen. Im Fachmagazin Science Robotics wurde eine Arbeit mit dem Titel „Self-reconfigurable multilegged robot swarms collectively accomplish challenging terradynamic tasks“ veröffentlicht.

Ziel der Studie

Ziel der Studie war es, eine physische Verbindung zwischen einzelnen Schwarmrobotern zu schaffen, um die Mobilität und Fähigkeiten eines terrestrischen Kollektivsystems mit Beinen zu verbessern. Stößt ein Roboter auf ein unüberwindbares Hindernis, kommen die anderen und helfen, das Problem zu lösen.

Sie erklärt:

„Roboter mit Beinen können schwierige Umgebungen wie unwegsames Gelände und enge Räume navigieren, und der Einsatz von Gliedmaßen bietet eine effektive Körperunterstützung, ermöglicht eine schnelle Manövrierfähigkeit und erleichtert das Überqueren von Hindernissen. Allerdings stehen Roboter mit Beinen in terrestrischen Umgebungen vor einzigartigen Mobilitätsherausforderungen, was zu einer verringerten Bewegungsleistung führt.“

Roboter sollen individuelle Schwächen gegenseitig ausgleichen

Forscher untersuchen das Verhalten der Tiere, die sich zu selbstorganisierenden Kollektiven wie Ameisenkolonien, Vogelschwärmen und Fischschwärmen zusammenschließen, zu kartieren und nachzuahmen. Trotz des Versuchs, die natürliche kollektive Intelligenz zu replizieren, werden sie oft fern- oder GPS-gesteuert und organisieren sich nicht selbst. Özkan-Aydin untersucht, ob eine physische Verbindung zwischen einzelnen Robotern die Mobilität und Fähigkeiten eines ganzen Systems verbessern könnte. Übersteigt die Aufgabe die Fähigkeit eines einzelnen Roboters, könnten sich die Roboter physisch miteinander verbinden, um ein mehrbeiniges System zu bilden und die Aufgabe gemeinsam zu lösen.

Özkan-Aydin erklärt:

„Wenn Ameisen Gegenstände sammeln oder transportieren und auf ein Hindernis stoßen, arbeitet die Gruppe gemeinsam daran, dieses Hindernis zu überwinden. Wenn zum Beispiel eine Lücke im Weg ist, bilden sie eine Brücke, damit die anderen Ameisen sie überqueren können – und das ist die Inspiration für die Studie.“

3D-gedruckte Schwarmroboter
Die 3D-gedruckten Schwarmroboter (im Bild) sollen in der Lage sein, gemeinsam Hindernisse zu überwinden (Bild © Yasemin Özkan-Aydin).

3D-Druck und Tests

Mit einem 3D-Drucker stellte sie kostengünstige vierbeinige Roboter mit einer Länge von 15 bis 20 cm her. Jeder Einzelne ist dabei mit einer Lithium-Polymer-Batterie ausgestattet, einem Mikrocontroller und drei Sensoren. An der Front befindet sich ein Lichtsensor und vorne und hinten befindet sich jeweils ein magnetischer Touch-Sensor, um sich an ein anderes Schwarmmitglied anhängen zu können. Jeder Roboter erhielt mit vier 3D-gedruckten flexiblen Beinen eine „mechanische Intelligenz“, was den Bedarf an zusätzlichen Sensoren reduzierte.

Anschließend testete sie die Fähigkeiten der Roboter auf verschiedenen Geländen wie Gras, Mulch oder einen Zottelteppich. Die Roboter mussten außerdem Hindernisse wie Blätter und Eicheln überwinden. Steckte ein Roboter fest, erhielten die anderen ein Signal. Die miteinander verbundenen magnetischen Berührungssensoren halfen, das Hindernis zu überwinden. Das Design muss noch verbessert werden, doch Özkan-Aydin sieht reale Aufgaben wie Such- und Rettungsaktionen, den Transport von Objekten, die Umgebungsüberwachung und sogar die Erforschung des Weltraums als mögliche Einsatzgebiete für die Schwarmroboter. Weitere Artikel zu ähnlichen Themen finden Sie auch auf unserer Themenseite Roboter aus dem 3D-Drucker und regelmäßig neu im 3D-grenzenlos Magazin-Newsletter (hier kostenlos abonnieren).

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