Einsatz winziger Verbrennungsmotoren, um sehr kleine Roboter anzutreiben

Ein Team von Maschinenbauingenieuren der Cornell University hat in Zusammenarbeit mit einem Kollegen vom Technion-Israel Institute of Technology einen winzigen Roboter entworfen und gebaut, der von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird. In ihrem in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel Wissenschaftbeschreibt die Gruppe, wie sie ihren winzigen Motor gebaut haben und welche Einsatzmöglichkeiten er hat. Ryan Truby von der Northwestern University hat in derselben Zeitschriftenausgabe einen Perspective-Artikel veröffentlicht, in dem er die Arbeit des Teams an diesem neuen Projekt darlegt.

In den letzten Jahrzehnten haben Robotiker immer kleinere Roboter entworfen und gebaut, mit dem Ziel, ein Design zu finden, das für eine Vielzahl einzigartiger Zwecke verwendet werden kann. Praktisch alle wurden mit Batterien betrieben. Doch da die Größe solcher Roboter immer kleiner wird, wird es immer schwieriger, sie mit Batterietechnologie anzutreiben. Bei dieser neuen Anstrengung haben sich die Forscher einer alten Technologie als Lösung zugewandt – einem Verbrennungsmotor.

Ein Verbrennungsmotor nutzt die Kraft einer kontrollierten Explosion, indem er damit ein bewegliches Teil antreibt, beispielsweise einen Kolben in einem Automotor. Wiederholte Explosionen erzeugen eine kontinuierliche Kraft, die es einem Auto ermöglicht, sich auf einer Straße fortzubewegen. Bei dieser neuen Anstrengung fand das Forschungsteam einen Weg, einen winzigen Verbrennungsmotor mit Methandampf und Sauerstoff anstelle von Benzin herzustellen und damit einen winzigen Roboter anzutreiben.

Um ihren Motor zu bauen, bauten die Forscher zunächst eine winzige Brennkammer zusammen mit einem Funkenmittel, um eine Explosion auszulösen. Dabei wird die Oberseite der Kammer wie ein Kolben leicht nach oben gedrückt. Tests ergaben, dass der Kolben eine Kraft von 9,5 Newton ausüben konnte. Das Team entwarf außerdem eine Pumpe, die in Verbindung mit dem Zünder eine Auf- und Abbewegung des Kolbens etwa 100 Mal pro Sekunde ermöglichte.

Anschließend bauten sie einen zweiten Motor, der mit dem ersten identisch war, und verbanden beide, um als Füße und Beine für einen winzigen froschförmigen Roboter zu dienen. Sie fanden heraus, dass der Roboter zum Springen gebracht werden konnte, wenn beide Motoren gleichzeitig abgefeuert wurden, oder zum Gehen, wenn die Motoren abwechselnd abgefeuert wurden.

Das Forschungsteam stellt fest, dass die Motoren so klein sind, dass vier von ihnen auf der Vorderseite eines Pennys Platz finden, und dass sie jeweils nur 325 Milligramm wiegen. Sie räumen ein, dass einige Teile noch miniaturisiert werden müssen, etwa das Kraftstoffsystem, der Vorratstank und die Stromquelle für den Funkengenerator. Dennoch vermuten sie, dass sich ihr Design für die Herstellung verschiedener kleiner Roboter als nützlich erweisen könnte.

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