c't 3/2020
S. 50
aktuell
Mikroroboter, Elektronenstrahler, Positioning

Autonomer Softrobot so leicht wie ein Insekt

Kleine Krabbler mit Batterie, Mikroprozessor und Fotodioden bevölkern Labore in Lausanne. Die insektengleichen Softrobots sind programmierbar und robust.

Der Softrobot schafft bis zu 450 Schrittchen pro Sekunde. Mit Fotodioden, Mikroprozessorsteuerung und Batterie wiegt er weniger als ein Gramm. Bild: EPFL

Forscher an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) haben sehr leichte dreibeinige Miniroboter entwickelt. Das Geheimnis der Softrobots liegt in ihren neuartigen Beinmuskeln: Dielektrische Elastomer-Aktoren (DEA) dehnen sich unter elektrischer Spannung aus und ziehen sich ohne Spannung wieder zusammen, bis zu 450-mal in der Sekunde. Das erreichen sie mit einem Elastomer zwischen zwei Elektroden, die sich unter Spannung anziehen. Unter ihrem Druck dehnt sich das Elastomer in vorgegebener Richtung aus. Der Gruppe um Herbert Shea ist es gelungen, diese Aktoren auf Haaresbreite zu komprimieren. Damit konstruierten sie ihre filigranen Softrobots, die sie mit Steuerungselektronik, Mikroprozessor und Fotodioden ausstatteten. Mit dieser Ausrüstung sind ihre programmierbaren Krabbler nicht nur steuerbar, sie können auch autonom beispielsweise eine schwarze Linie auf hellem Grund erkennen und daran entlanglaufen.

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Teilchenbeschleuniger on a Chip

Ein Chip soll Elektronen auf 94 Prozent der Lichtgeschwindigkeit bringen. Dazu fokussiert der Außenring auf wenigen Zentimetern 1000 Infrarotlaserstrahlen auf hindurchfliegende Elektronen. Bild: Neil Sapra

Ein kleiner Siliziumchip kann Elektronen auf über 90 Prozent der Lichtgeschwindigkeit bringen. Das hat ein Team der Stanford University in Kalifornien unter der Leitung von Professor Jelena Vuckovic gezeigt. Die Forscher setzen als Antrieb auf Infrarotlaser, die Silizium leicht durchdringen. Im Wissenschaftsmagazin Science beschreiben sie, wie sie in den Chip eine Nanoröhre fräsen und diese luftleer versiegeln. In die Umwandung dieser Röhre integrierten sie optische Linsen, die den Laser im richtigen Winkel auf durchflitzende Elektronen fokussiert. Eine einfache Elektronenkanone schickte Elektronen mit einer Geschwindigkeitsenergie von 80 Kiloelektronenvolt (keV) durch die Röhre. Im Prototyp-Chip übertrug dann jeder Lasertreffer auf einer Wegstrecke von 30 Mikrometer 0,9 keV auf ein Elektron.

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Indoor-Ortung mit Mobilfunk

Drei Doktoranden am Institut für Nachrichtenübertragung der Uni Stuttgart haben eine Positionsbestimmung entwickelt, die sowohl innerhalb einer Fabrik als auch auf offenem Gelände funktioniert. „Wir nutzen dabei Informationen, die in einer bestehenden 5G-Infrastruktur eh anfallen“, berichtet Maximilian Arnold aus dem Institut für Nachrichtenübertragung. Das passive Verfahren nutzt aus, dass ein System aus 5G-Antennen die verschiedenen Raumrichtungen getrennt ausleuchtet und dem Anwender damit standardmäßig eine Vielzahl an Kanalinfos bereitstellt. Die Positionsbestimmung sei daraus zwar „kaum analytisch zu berechnen“, aber es gelang den Stuttgartern, sie mit neuronalen Netzen in den Griff zu bekommen. Ihr vortrainiertes System lasse sich am Einsatzort kurzfristig den örtlichen Gegebenheiten anpassen und nachtrainieren. (agr@ct.de)