Mini-Roboter gehen an die Decke

Bild vergrößern

Die grünen Folien-Paddelfüße an den vier Rädern drehen sich emsig. Ab und zu rutschen sie bedrohlich ab. Trotzdem schafft Mini-WhegsTM das Kunststück und krabbelt die senkrechte Glasscheibe hoch. Unwillkürlich drückt man dem kleinen Roboter die Daumen, dass er nicht abstürzt. Die Hafttechnik der grünen Folien ist aus dem Tierreich abgeschaut. Im Vergleich zu Geckos, Spinnen oder Insekten wirkt der Auftritt von Mini-Whegs allerdings noch etwas unbeholfen. Doch das ficht die Wissenschaftler vom Biologically Inspired Robots Laboratory an der Case Western Reserve University im amerikanischen Cleveland nicht an. Schließlich haben sie erst wenige Jahre Forschungsarbeit hinter sich gebracht, während die Evolution bei Hafttechniken einen Vorsprung von vielen Jahrmillionen besitzt.

Die Folienfüße von Mini-Whegs stammen von den Wissenschaftlern am Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart. Ihre Oberflächen besitzen winzige pilzförmige Noppen, die rund 30 Mikrometer (30 Millionstel Meter) breit und 100 Mikrometer hoch sind. Für ihre Noppen sind zum Beispiel die Füße des Ampferblattkäfers Vorbild. Stanislav Gorb hat sie mit seinem Team von Biologen dem grün schimmernden Käfer und anderen Insekten abgeschaut. Natürlich lassen sich die Forscher auch von Geckos inspirieren. Die in Stuttgart entwickelten Folien müssen nun auf Mini-Whegs Rädern ihre kleberfreie Haftkraft beweisen. Jeweils vier Folienpaddel an den Rädern imitieren das Anhaften und möglichst kräftefreie Ablösen, das vor allem Geckos tadellos beherrschen. Damit die Schwerkraft den Roboter nicht mit seinen vorderen Rädern abheben lässt, stützt ihn noch ein Schwanzstab ab. So wird er den Echsen noch ein kleines bisschen ähnlicher. Mit seinen rund hundert Gramm Gewicht entspricht er auch einem schwereren Gecko.

Bei den Experimenten muss die mikrogenoppte Folie auch gegen eine völlig glatte Folie aus dem gleichen Kunststoff antreten. Anfangs haftete die glatte Folie sogar besser. Das hatten die Forscher erwartet, denn glatt auf glatt ist nach der Hafttheorie der optimale Kontakt. Doch schon nach wenigen Watscheldrehungen verliert Mini-Whegs mit den glatten Folien seinen Halt. Dafür sorgt eine allgegenwärtige Eigenschaft unserer Umwelt, die uns ziemlich ärgern kann: Schmutz, besonders feiner Staub, setzt die Oberflächen der glatten Folien zu. Entsprechend schrumpft der Flächenanteil schnell, auf dem sie noch direkten Kontakt mit dem Glas haben. Die Haftkraft der mikrogenoppten Folien lässt dagegegen auch nach mehreren Versuchen nicht merklich nach.

Das erklärt auch, warum die besten Haftkünstler unter den Tieren auf feine Haare, Schuppen oder Noppen setzen - die Haftflächen verchmutzen nicht. Dafür sorgt ein selbstreinigender Mechanismus, den Käfer und vor allem Geckos perfekt „drauf“ haben. Er ist mit dem berühmten Lotuseffekt verwandt, bei dem abperlendes Wasser die Blätter von Pflanzen säubert: Die Staubkörner haften nämlich auf der Wasseroberfläche besser als auf der fein genoppten Blattoberfläche. Ganz ähnlich laden die feinen Hafthaare der Tiere ihre Staubfracht sofort auf dem Untergrund ab, weil sie daran besser haften. Vor allem bei Geckos ist diese selbsttätige Fußreinigung sehr effizient. Und auch die Folien von Mini-Whegs’ Rädern verschmutzen nach vielen Umdrehungen kaum.

Gegenüber Geckos hat Mini-Whegs mit den Stuttgarter Folienfüßen allerdings noch einen handfesten Nachteil: Die Haftfolien haben „nur“ Mikronoppen, ihre Maße sind also auf der Größenskala der Millionstelmeter angesiedelt. Die Hafthaare von Geckos verzweigen sich dagegen in noch viel feinere Nanostrukturen und bewegen sich damit auf der Skala der Milliardstelmeter. Je feiner die Strukturen sind, desto größer ist auch ihre Haftkraft in der Summe und damit das Gewicht, das sie halten können. Ein großer Gecko haftet deswegen viel besser als der Roboter, hat aber ungefähr das gleiche Gewicht. In einem entsprechenden Wettbewerb hätte Mini-Whegs noch keine Chance gegen einen Gecko.

Die Tiere werden aber auch aus anderen Gründen der menschlichen Technik noch eine Weile weit überlegen sein: Geckos verfügen über eine ganze Hierarchie aus Fuß, beweglichen Zehen, den Hafthaaren (Setae) und deren fein aufgefächerten Spitzen (Spatulae). Damit können sie sich perfekt an nahezu jeden Untergrund anschmiegen, sei er glatt oder rau. Die Haftfüße von Insekten sind einfacher aufgebaut, weil die Tiere leichter sind, gehorchen aber dem gleichen Prinzip. Im Vergleich dazu sind die Roboterräder mit den angeflanschten Folienstücken noch sehr primitiv. Doch die Wissenschaftler fangen ja, wie gesagt, gerade erst richtig an.

Roland Wengenmayr (2007)

Zur Redakteursansicht
loading content