Ein Maschinenbauingenieur Mark Cutkosky aus Stanford kopiert die „klebrigen“ Füsse des Geckos, um damit einem Roboter das Klettern beizubringen. Der StickyBot kann genau wie die kleinen Reptilien glatte Oberflächen erklimmen. Dabei nutzt der Roboter seine Füsse, die auf dem komplexen Design der Zehen des Geckos basieren.
Am Anfang stand ein Roboter, der raue Wände (z. B. Mauerwerk und Beton) bezwingen konnte. Die nächste Herausforderung fand Cutkosky in glatten Oberflächen wie Glas oder Metall. Dafür nutzte er das Gecko als Ideengeber.
„Wenn man nicht gerade Saugnäpfe verwenden möchte, die langsam und nicht wirklich effizient sind, bleibt nur Trockenkleber – die Technik, die auch der Gecko nutzt“, erklärt Cutkosky.
Die Zehen des Geckofusses bestehen aus Hunderten Lamellen. Jede Lamelle besitzt Millionen von Haaren zehnmal kleiner als ein menschliches Haar. Unter dem Mikroskop wird erkennbar, dass jedes Haar in kleinere Stränge geteilt ist – sieht so ein wenig aus wie Spliss. Diese gespaltenen Enden sind so winzig, dass sie direkt mit den Molekülen der Kletterfläche interagieren.
Die Interaktion zwischen den Molekülen der Gecko-Härchen und der Wand bezeichnet man als Van-der-Waals-Kräfte. Ein Gecko kann so sein gesamtes Gewicht mit einem Zeh auf z. B. Glas halten. Die Füsse kleben nur in einer Richtung – die Zehen sind somit eine Art „Einwegkleber“. Anders als bei Klebeband, dass nach dem Anpressen doch recht mühsam wieder entfernt werden muss. Du kannst einen gerichteten Kleber dünn auf die Oberfläche aufbringen und dann versuchen ihn aus einer bestimmten Richtung abzuziehen und der Kleber lässt sich nicht lösen. Aber wenn du es aus einer anderen Richtung versuchst, kannst du ihn ohne Probleme entfernen.
„Einwegkleber“ sind ideal zum Klettern, da so das Aufsetzen und Anheben der Roboterfüsse ohne Probleme umgesetzt werden kann.
Andere Klebstoffe arbeiten eher wie Kaugummi: Man muss diese an die Oberfläche anpressen und dann mit mehr oder weniger Kraftaufwand wieder von der Oberfläche lösen. Aber mit gerichteten Klebern ist es mehr als ob du dich einfach in der Oberfläche ein- und dann wieder ausklinkst.
Nachdem dieses Geheimnis gelüftet wurde, standen Cutkosky und sein Team vor der Herausforderung genau diesen Effekt mit künstlichen Materialien für Roboter umzusetzen. Sie entwickelten ein gummiartiges Material mit winzigen Polymerhaaren, die mit Hilfe einer Mikrogussform hergestellt wurden.
Die Entwickler verpassten den vier Füssen von StickyBot eine Sohle aus diesem neuen Material. Der „Roboter-Gecko“ geht nun genau wie sein tierisches Vorbild die Wände hoch, indem er einfach seine Füsse abhebt und wieder aufsetzt.
Die neueste Generation des Klebstoffes besitzt wie die Geckofüsse zwei Schichten – die Haare und den Spliss. Die „Haare“ sind dabei sogar noch feiner als bei der ersten Generation – ca. 20 Mikrometer breit und somit fünfmal dünner als menschliches Haar. Damit kann die neue Generation mit mehr Gewicht belastet werden, so dass StickyBot nun auch Holzpanelen, lackierte Metalloberflächen und Glas erklimmen kann.
Das Material ist stark und wiederverwendbar. Ausserdem hinterlässt es keine Rückstände oder beschädigt die Oberfläche nicht. Kletterroboter, die sogar senkrechte Wände erklimmen können, sind gerade für gefährliche Arbeiten und schwer zu erreichende Stellen von Nutzen.
In einem neuen Projekt arbeitet das Team an der Weiterentwicklung des Materials für Menschen. Die Technologie mit dem Namen „Z-Man“, soll dann auch Menschen erlauben mit diesem Gecko-Kleber zu klettern.
Cutkosky und sein Team arbeiten auch an einem Nachfolger des StickyBots: Die neue Version soll dann auch während des Kletterns die Richtung ändern können. Da der Kleber nur in eine Richtung klebt, muss der Roboter dafür lernen, seine Füsse zu drehen.
Der neue StickyBot, an dem wir gerade arbeiten, besitzt ähnlich dem Gecko drehbare Knöchel
StickyBot
Effect of fibril shape on adhesive properties
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