Das ist keine Science-Fiction: Wissenschaftler haben einen Schwarm formwandelnder Mini-Roboter gebaut

Wissenschaftler haben ein einzigartiges Material entwickelt, das stark und fest ist, wenn es gebraucht wird, aber auch fließen und sich auf Befehl neu formen kann. Doch das ist nicht das einzig Beeindruckende an diesem Material. Das wirklich Tolle und was es so flexibel macht, ist, dass es aus einem Kollektiv von winzigen Robotern besteht.

Inspiriert von Embryonen

Es mag wie etwas aus einem Science-Fiction-Film klingen, aber die Herstellung dieses Materials ist eigentlich ganz einfach. Laut der Forschungsarbeit, die von Wissenschaftlern der UC Santa Barbara und der TU Dresden entwickelt wurde, ist jeder der verwendeten Roboter etwa so groß wie ein Hockey-Puck, aber wenn sie zusammenarbeiten, verhalten sie sich eher wie ein intelligentes, anpassungsfähiges Material als eine Gruppe von Maschinen. Das heißt, sie können ihre Form verändern, sich versteifen, wie eine Flüssigkeit fließen und sich sogar selbst heilen.

Für den Bau dieses Robotermaterials haben sich die Forscher von der Embryonalentwicklung inspirieren lassen , d. h. von der Art und Weise, wie sich die Zellen in einem Embryo organisieren, um verschiedene Körperteile zu bilden, und zwar auf der Grundlage von Signalen, die das Verhalten der Zellen nachahmen .

"Lebende embryonale Gewebe sind die ultimativen intelligenten Materialien", erklärt Otger Campàs, einer der Forscher der Studie. "Sie haben die Fähigkeit, sich selbst zu formen, sich selbst zu heilen und sogar ihre Materialstärke in Raum und Zeit zu kontrollieren.

So wie Zellen sich schieben, ziehen und zusammenkleben, um Körperteile zu formen, sind diese Roboter so konzipiert, dass sie Kräfte aufeinander ausüben, ihre Bewegungen koordinieren und sich sogar zusammenschließen, um eine Form zu halten.

Anstelle von Muskeln hat jeder Roboter acht motorisierte Zahnräder an seinem Rand, die es ihm ermöglichen, sich um seine Nachbarn herum zu bewegen und seine Position auf engstem Raum zu verändern.

Um alles zu koordinieren, verwenden die Roboter Lichtsensoren - wenn sie einem bestimmten Licht ausgesetzt sind, wissen sie alle, in welche Richtung sie sich drehen müssen, genau wie Zellen, die biochemischen Signalen im Körper folgen. Magnete helfen ihnen, bei Bedarf zusammenzuhalten, so dass sie je nach Bedarf zwischen weich und starr wechseln können.

Ein formveränderliches Material aus Robotern

Als das System einmal in Betrieb war, entdeckten die Wissenschaftler, dass es nicht nur die einzelnen Roboter waren, die dafür sorgten, dass sich das Material so verhielt, wie es sich verhielt, sondern auch die Schwankungen in ihren Signalen. Winzige Schwankungen in der Bewegung der Roboter machten den Unterschied zwischen einer starren, festsitzenden Form und einer fließenden, flexiblen Form aus.

Wir hatten zuvor gezeigt, dass in lebenden Embryonen die Schwankungen der von den Zellen erzeugten Kräfte der Schlüssel dazu sind, ein festes Gewebe in ein flüssiges zu verwandeln", erklärt Campàs. "Also haben wir die Kraftschwankungen in den Robotern kodiert."

Im Moment ist das System nur ein Proof of Concept mit einer kleinen Anzahl von Robotern in Aktion. Das Team, das hinter der Entdeckung steht, glaubt jedoch, dass die Kollektive eines Tages vergrößert und miniaturisiert werden könnten, was zu selbstverändernden Strukturen, anpassungsfähigen Baumaterialien oder sogar zu medizinischen Anwendungen führen könnte, bei denen weiche, formveränderliche Roboter im Körper eingesetzt werden könnten.

Quellenhinweis:

Material-like robotic collectives with spatiotemporal control of strength and shape, published in Science, February 2025.