Wissenschaftler der Technischen Universität Dresden (TUD) und der University of California Santa Barbara (UCSB) haben eine bahnbrechende Studie veröffentlicht, die zeigt, wie Robotergruppen sich wie intelligente Materialien verhalten können. Diese Ergebnisse, die am 20. Februar 2025 in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht wurden, könnten wegweisend für zukünftige Anwendungen in der Robotik und Materialwissenschaft sein. Laut TUD haben die Forscher, angeführt von Prof. Otger Campàs und Matthew Devlin, die Fähigkeit von Zellen nachgeahmt, sich eigenständig anzuordnen und komplexe Strukturen zu bilden.
Die entwickelten Roboter, die einem Aussehen ähnlich kleine Hockey-Pucks haben, können sich zu variierenden Formen mit unterschiedlichen Materialstärken zusammenschließen. Hierbei wurden drei wesentliche biologische Prozesse auf die Roboter übertragen: aktive Kräfte, biochemische Signalübertragung und Zell-Zell-Haftung. Diese Mechanismen ermöglichen es den Robotern, dynamische Kräfte zu aktivieren und auf ihre Umgebung zu reagieren.
Technologische Innovationen
Ein besonderes Merkmal der Roboter ist die Verwendung von Magneten, die die Zell-Zell-Haftung ermöglichen und dem Kollektiv ein Verhalten wie starres Material verleihen. Acht motorisierte Zahnräder an jedem Roboter sorgen für Interaktivität und eine flexible Rekonfiguration, während Lichtsensoren mit Polarisationsfiltern die Bewegungen steuern. Derzeit besteht das Proof-of-Concept-Robotersystem aus zwanzig Einheiten, das jedoch mit Potenzial zur Skalierung auf wesentlich größere Systeme ausgestattet ist.
Die möglichen Anwendungen der Technologie sind vielfältig. Sie könnten unter anderem zur Entwicklung von Robotermaterialien führen, die in der Lage sind, schwere Lasten zu tragen, Objekte zu manipulieren oder sich selbst zu heilen. Diese Innovationen stehen im Kontext einer breiteren Forschung, die darauf abzielt, biologischen Prinzipien in der Materialwissenschaft zu folgen und somit die Schaffung neuer, smarter Materialien zu ermöglichen. Solche biomimetischen Ansätze reflektieren den aktuellen Trend, biologische Prozesse in die Technik zu integrieren, wie ebenfalls von Fraunhofer dargelegt.
Forschungsumfeld und Unterstützung
Die Untersuchung wird von der National Science Foundation (NSF) sowie der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützt und fällt in den Forschungsbereich des Exzellenzclusters Physics of Life an der Technischen Universität Dresden. Ziel dieses Clusters ist es, die physikalischen Gesetze, die die Organisation des Lebens in Molekülen, Zellen und Geweben leiten, intensiv zu erforschen.
Zusätzlich wird in der Materialwissenschaft an neuen, bioinspirierenden Materialien gearbeitet, die durch Methoden wie Bioprinting entstehen. Diese modernen Ansätze zielen darauf ab, die biochemischen und mechanischen Eigenschaften natürlicher Gewebe nachzubilden, um neue Lösungen in der Medizin und für nachhaltige Materialkreisläufe zu finden.
Die Ergebnisse dieser Forschung könnten nicht nur die Entwicklung intelligenter Materialien vorantreiben, sondern auch wichtige Impulse für eine biobasierte Wirtschaft und deren Integration in die Kreislaufwirtschaft bieten. Die Strategien zur Substitution fossiler Rohstoffe durch nachwachsende Materialien sind dabei von zentraler Bedeutung und werden in den Forschungszielen der Fraunhofer-Institute weiterverfolgt.
