Roboter, die ihren festen Körper verflüssigen und wiederherstellen können

Screenshot aus dem Video: Wang and Pan et al., Matter, 2023

Chinesische Wissenschaftler haben mit magnetoaktiver Phasenübergangsmaterie Miniroboter entwickelt, die zwischen festem und flüssigem Zustand wechseln können.

Roboter, zumal Humanoide, haben, auch wenn die Körperoberfläche weich ist, ein hartes Körpergerüst zum Stehen, Gehen und Bewegen der Körperteile als Pendant zum knöchernen Skelett. Zwar können menschliche Körper sehr beweglich sein, aber die Verformbarkeit weist enge Grenzen auf. Chinesische Wissenschaftler haben nun einen Ansatz mit neuen Materialien entwickelt, was Menschen mit ihrem biologischen Körper unmöglich ist, feste Roboterkörper zu verflüssigen, die sich dann von selbst wieder zu ihrem früheren Körper aufbauen.

In einem Video zeigen die Wissenschaftler, die von ihrem Paper „Magnetoactive liquid-solid phase transitional matter“ in Matters (Cells) berichten, wie ein kleiner Roboter in Form eines Legomännchens innerhalb eines Käfigs mit Gitterstäben schmilzt, die flüssige Masse zwischen den Gitterstäben nach außen strömt und dort wieder die alte Form annimmt. Der Roboter kann also zwischen einem festen und flüssigen Körperzustand wechseln. Vorbild für die Wissenschaftler waren Seegurken. Einige Arten können ihren Körper nahezu verflüssigen, um vor Feinden in enge Felspalten zu flüchten, wo sich wider verfestigen.

Der Roboter, den die Wissenschaftler entwickelt haben, hatte natürlich kein festes Skelett, sondern der  Körper besteht aus magnetoaktiver Phasenübergangsmaterie (MPTM). Das sind magnetische Neodym-Eisen-Bor-Mikropartikel in flüssigem Metall. Die daraus bestehenden Maschinen können sich magnetisch fortbewegen und verformen, aber durch Erhitzen und Abkühlen ohne eine externe Wärmequelle mit einem magnetischen Wechselfeld zwischen festem und flüssigem Zustand wechseln. Die MPTM hat mit 30 Grad Celsius einen sehr niedrigen Schmelzpunkt.

Das Springen zwischen den Körperzuständen lässt die positiven Eigenschaften des festen Körpers (hohe mechanische Festigkeit, hohe Belastbarkeit und schnellere Fortbewegung) mit morphologischer Anpassung (Dehnen, Spaltung, Verschmelzung) in der flüssigen Phase kombinierbaren.

Man kann sich fragen, wozu solche Miniroboter über die erstaunliche technische Innovation hinaus eigentlich dienen können. Bislang wurden magnetisch getriebene Maschinen aus weichen Polymeren, die in eisenmagnetische Partikel eingebettet sind, entwickelt, die schwimmen, klettern rollen, gehen oder springen und ihren Körper dreidimensional verändern können. Aber sie waren dennoch noch so fest, dass sie nicht durch sehr enge Öffnungen gelangen können. Das ist magnetisch angetriebenen flüssigen Maschinen möglich, die Transformationen auch in Schwärmen ausführen können, um beispielsweise einen Roboterarm zu bilden. Aber sie können sich nicht schnell bewegen und nur geringe Lasten mit sich führen.

Die Wissenschaftler denken bei ihren Maschinen, die zwischen flüssigem und festem Zustand wechseln können, etwa an biomedizinische Möglichkeiten, da magnetisch angetriebene Maschinen schnell und präzise steuerbar sind und kein Kabel benötigen. So könnte man damit Medikamente in einer Kapsel in einen Magen einbringen, die dann dort kontrolliert freigesetzt werden, oder aus diesem minimal-invasiv Fremdkörper entfernen, indem die Maschine sich im Magen verflüssigt, um den Fremdkörper legt und zum Herauslösen wieder verfestigt. Als weitere Anwendung wird ein „universaler“ Schraubenzieher vorgestellt, mit dem sich Teile zusammenbauen lassen, oder eine „intelligente“ Lötmaschine, um Schaltkreise zusammenzubauen oder zu reparieren. Vorgeführt werden die Möglichkeiten in Videos.

Ein bisschen unheimlich ist das schon, wenn in Zukunft überall, auch in unseren Körpern, solche Miniroboter unterwegs sein sollten, die sich überall hineinzwängen können. Schon einmal gar nicht an große MPTM-Roboter gedacht …

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7 Kommentare

  1. SKYNET : Dark Fate

    Soll immer noch Zeitgenossen geben, die Glauben wirklich an den Hokuspokus mit Zoonosen Covid-19… Pandemien die aus der Natur kommen.

    1. @Jock the Prepper

      Du hast den selben Verdacht wie ich – Übrigens, da bekommt die Propaganda-Lüge von RT Deutsch Russland würde demnächst Kampfroboter gegen die Ukraine einsetzen einen ganz neuen Sinn *schock*
      Sarkastische Grüße
      Bernie

  2. Pruuust. Ist zwar schon paar Jährchen her, als wir mit Gallium gearbeitet haben, aber das hab ich (bis auf das Neodym-Magnetpulver) alles schon gesehen. Natürlich kann man Gallium leicht schmelzen (Handwärme reicht aus), und natürlich erstarrt es dann wieder in der alten geometrischen Form, wenn man es in der alten Silikonform erstarren lässt, die diese Geometrie hat.
    Hübsch fand ich, wie elegant in dem Artikel in MATTER die Frage umschifft wurde, was mit dem magnetisierten NdFeB-Pulver in der Gallium-Matrix passiert, wenn man das Ga wieder aufschmilzt. Nach meiner Erfahrung klumpt das Pulver dann nämlich zusammen und lässt sich ohne Entmagnetisierung nicht mehr trennen. Einziger Hinweis im Artikel war, daß die Bewegung der magnetisierten Legierung ausschließlich als fester Körper erfolgte, nur das unmagnetisierte Ga-Magnetpulver-Gemisch konnte problemlos aufgeschmolzen werden.

    Eines der Highlights für mich war: „Photos showing that liquid MPTM can flow out of the pipette tip (left), but solid MPTM can’t (right).“ (Seite S4, Figure 7, in der extended PDF auf
    https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.12.003 )
    Demnächst werd ich einen Artikel bei Matter einreichen, wo ich beschreibe, daß eine Kartoffel nicht durch einen Trichter geht, aber Kartoffelmus wohl…?
    Reingefallen, sag ich bloß… ďer Artikel erscheint in Matter 6, 1–18, March 1, 2023.
    April 1, 2023 wäre wohl passender gewesen ?. Na, ist noch ne Weile hin bis zum Druck, vielleicht wird’s noch mal geändert…

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