Akustische Levitation: Transport-Roboter mit Schall-Tool statt Greifarm

Zwei kleine Roboter rollen durch ein Labor in London. Zwischen ihnen schwebt ein Schaumstoffball. Was aussieht wie ein Zaubertrick, ist das Ergebnis eines neuen Ansatzes im Bereich kooperativer Robotik: Transport durch akustische Levitation.

Roboter lässt Objekte schweben

Herkömmliche Roboterschwärme transportieren Gegenstände meist durch Schieben, Ziehen oder Einkreisen. Doch all diese Methoden setzen physischen Kontakt voraus - und stoßen bei empfindlichen oder winzigen Objekten an Grenzen. Inspiriert von Ameisenkolonien, die durch synchronisiertes Verhalten auch größere Beute tragen können, haben Forscher der University College London nun einen Weg gefunden, wie mehrere Roboter gemeinsam ein Objekt transportieren können, ohne es zu berühren.

Das Grundprinzip: Jeder Roboter ist mit einem sogenannten "Phased Array" ausgestattet - einem Feld aus 64 Ultraschallgebern, die exakt getaktete Schallwellen aussenden. Diese Wellen überlagern sich zu stabilen Druckpunkten in der Luft. Wird die Phase präzise berechnet, entsteht ein unsichtbares Kissen, das leichte Partikel - in den Experimenten z. B. ein Styroporkügelchen - in der Schwebe hält. Je nach Ausrichtung der Schallquelle kann das Objekt sogar bewegt werden. 'Acoustophoretic' Robotics startet erst durch Entscheidend für den koordinierten Transport war nicht nur die Schallerzeugung, sondern auch die präzise Abstimmung zwischen den beiden Robotern. Das Team nutzte dafür sogenannte FPGAs - programmierbare Steuerchips, deren Schaltkreise sich flexibel anpassen lassen. In Kombination mit Infrarotsignalen konnten sie so eine Taktung mit Mikrosekundengenauigkeit erreichen. Ohne diese exakte Synchronisation wäre der Schwebezustand instabil - das Objekt würde kippen oder abstürzen. Die Steuerung folgte einem Leader-Follower-Prinzip: Ein Roboter gibt die Bewegung und Phase vor, der zweite passt sich dynamisch an.

Die Experimente zeigen, dass sich ein 2 mm großes Partikel bei einer Geschwindigkeit von 5 cm/s stabil zwischen zwei synchronisierten Robotern bewegen lässt. Dabei wurde in der Spitze ein akustischer Druck von 5675 Pa (0,056 bar) gemessen - genug, um das Objekt über die gesamte Teststrecke in der Luft zu halten. Im Vergleich zur Ein-Roboter-Variante mit einfacher Schallrichtung war der Effekt deutlich stabiler: Die doppelte Schallquelle erzeugte stärkere, symmetrischere Druckfelder.

Schall statt Greifarme

Die Autoren ordnen ihre Arbeit als Teil eines noch jungen Forschungszweigs ein: "Acoustophoretic Robotics" - also Roboter, die mithilfe von Schall Objekte kontaktlos bewegen. Anwendungen sehen sie unter anderem in der biomedizinischen Forschung, Mikro-Assemblierung oder bei empfindlichen Materialien, wo mechanische Berührung unerwünscht oder schädlich wäre. Die vollständigen Methoden und Ergebnisse finden sich in der Studie auf arXiv (Kemsaram et al., 2025).

Noch ist das System auf leichte Objekte beschränkt und der Aufbau komplex, doch die Idee ist klar: Wenn Roboter durch Luftdruck agieren können statt mit mechanischen Greifarmen, ergeben sich neue Möglichkeiten in engen, empfindlichen oder kontaminierten Umgebungen. Künftige Arbeiten sollen sich daher auf die Erweiterung zu größeren Roboter-Teams und flexibler Objektkontrolle konzentrieren.


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