Comeback der Dampfkraft:
Forscher bewegen Roboter mit Wasser

Ein physikalisches Prinzip mit langer Geschichte bekommt ein neues Einsatzfeld: Der Übergang von Wasser zu Dampf - bewährt in Turbinen und Kraftwerken - wird nun zum Antrieb weicher Roboter. Möglich wird das erst durch clevere Steuerung auf engstem Raum.

Wasser als Druckmittel

Es ist ein unerwartetes Wiedersehen mit einem bewährten Prinzip: Der Phasenwechsel von Wasser zu Dampf, einst Grundlage der Industrialisierung und noch immer zentrales Prinzip bei Turbinen, kommt jetzt als Herzstück moderner Robotik zum Einsatz. An der Universität Coimbra haben Ingenieure eine neuartige Antriebstechnik entwickelt, die mit Wärme, Wasser und flexibler Hülle Bewegung erzeugt - ohne Druckluft, ohne Hochspannung.

Im Inneren dieser Aktoren wird Wasser durch eine winzige Heizspirale erhitzt, bis es verdampft. Der dabei entstehende Druck bläht die weiche Struktur auf - sie bewegt, dehnt oder beugt sich. Anders als herkömmliche Soft-Aktoren, die mit schweren Kompressoren oder exotischen Materialien arbeiten, nutzt dieser Ansatz einfache Mittel - und erzielt doch beachtliche Leistung: Mit nur 24 Volt werden Kräfte über 50 Newton erreicht, der Druckaufbau erfolgt mit bis zu 100 Kilopascal pro Sekunde.


Was simpel klingt, war lange technisch heikel. Frühere Versuche mit Phasenwechsel-Aktoren litten unter träger Reaktion, instabiler Steuerung und komplizierter Konstruktion. Die Forscher aus Coimbra entschieden sich daher bewusst für Grundlagenarbeit: Welcher Stoff eignet sich thermodynamisch? Wie lässt sich die Wärme effizient steuern? Die Wahl fiel auf Wasser - wegen seiner Sicherheit, Verfügbarkeit und des gut beherrschbaren Siedeverhaltens. Die Ergebnisse wurden in Nature veröffentlicht.

In Tests hielten die mit Silikonelastomer und Wasser konstruierten Aktoren über tausend Zyklen stand und erreichten eine Dehnungsgeschwindigkeit von 16,6 Prozent pro Sekunde - ein Spitzenwert in dieser Kategorie. Ein entscheidendes Merkmal der neuen Bauweise ist die Modularität: Heizspirale, Flüssigkeitskammer und Außenstruktur sind getrennt aufgebaut. Das erlaubt unterschiedliche Bewegungsformen - etwa Strecken oder gezieltes Biegen. Dampfroboter der Robotics and AI Group at the University of Coimbra

Einfache Prinzipien

Drei Prototypen zeigen, was die Technologie kann: eine nachgebaute, greifende Hand mit drei Aktoren, ein robuster Greifer für unterschiedlich geformte Objekte, und der vierbeinige Roboter "Bixo", der sich an Bäumen entlangziehen kann. Gesteuert wird seine Bewegung durch gezieltes Erhitzen und Abkühlen der jeweiligen Gliedmaßen. Auch wenn die Abkühlzeit derzeit noch eine natürliche Grenze setzt, sind bereits stabile Bewegungszyklen von 25 Sekunden möglich.

Am Ende entsteht hier das Bild eines Systems, das mit einfachen, gut kontrollierbaren Mitteln erstaunlich viel leistet - und dabei ein physikalisches Prinzip nutzt, das in der Robotik bislang kaum über die Grenzen industrieller Großanlagen hinaus zum Einsatz kam. Ein Tropfen Wasser, ein wenig Wärme - und ein weiches Bauteil beginnt sich zu bewegen. Man darf gespannt sein, wie weit die Forscher mit dieser Idee kommen.



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