{"id":11167,"date":"2022-04-26T16:27:20","date_gmt":"2022-04-26T16:27:20","guid":{"rendered":"https:\/\/cyber-valley.de\/news\/mikroroboter-zeigen-vielseitige-schwarm-bewegungsmuster\/"},"modified":"2026-07-15T14:44:17","modified_gmt":"2026-07-15T14:44:17","slug":"mikroroboter-zeigen-vielseitige-schwarm-bewegungsmuster","status":"publish","type":"news","link":"https:\/\/cyber-valley.de\/de\/news\/mikroroboter-zeigen-vielseitige-schwarm-bewegungsmuster\/","title":{"rendered":"Mikroroboter zeigen vielseitige Schwarm-Bewegungsmuster"},"content":{"rendered":"\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><strong>Kollektives Verhalten und Schwarm-Bewegungsmuster sind \u00fcberall in der Natur zu finden. Auch Roboter k\u00f6nnen so programmiert werden, dass sie in Schw\u00e4rmen agieren. Forschenden des Max-Planck-Instituts f\u00fcr Intelligente Systeme, der Cornell University und der Shanghai Jiao Tong University haben Kollektive von Mikrorobotern entwickelt, die sie in jeder gew\u00fcnschten Formation bewegen k\u00f6nnen. Das Forschungsprojekt wurde in \u201eNature Communications\u201c ver\u00f6ffentlicht.<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Forschenden des Max-Planck-Instituts f\u00fcr Intelligente Systeme (MPI-IS), der Cornell University und der Shanghai Jiao Tong University ist es gelungen, Mikroroboter zu entwickelt, die sich als Kollektiv in jeder beliebigen Formation bewegen k\u00f6nnen. Die Partikel sind in der Lage, ihre Bewegungsmuster schnell neu zu rekonfigurieren. Auf einer Wasseroberfl\u00e4che schwimmend k\u00f6nnen sich die Miniaturroboter im Kreis drehen, den Boogie tanzen, sich zu einem Klumpen zusammenballen, sich wie Gas ausbreiten oder eine gerade Linie bilden wie aneinander gereihte Perlen auf einer Schnur.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Ein einzelner Roboter ist etwas gr\u00f6\u00dfer als der Durchmesser eines menschlichen Haars. Sie werden aus einem Polymer in 3D gedruckt und mit einer d\u00fcnnen Kobaltschicht \u00fcberzogen. Dank des Metalls sind die Mikroroboter magnetisch geladen. Drahtspulen, durch die Strom hindurchflie\u00dft und auf diese Weise ein Magnetfeld erzeugen, umgeben den Versuchsaufbau. Das Magnetfeld erm\u00f6glicht es, die Teilchen in einem ein Zentimeter breiten Wasserbecken pr\u00e4zise zu steuern. Wenn die Mikroroboter zum Beispiel eine Linie bilden, k\u00f6nnen die Forscher:innen die Roboter so bewegen, dass sie Buchstaben ins Wasser \u201eschreiben\u201c. Das Forschungsprojekt von Gaurav Gardi and Prof. Metin Sitti vom MPI-IS, Steven Ceron und Prof. Kirstin Petersen von der Cornell University und von Prof. Wendong Wang der Shanghai Jiao Tong University mit dem Titel \u201e<a rel=\"noopener\" href=\"https:\/\/www.nature.com\/articles\/s41467-022-29882-5\" target=\"_blank\">Microrobot Collectives with Reconfigurable Morphologies, Behaviors, and Functions<\/a>\u201c wurde am 26. April 2022 in <em>Nature Communications<\/em> ver\u00f6ffentlicht.<\/p>\n\n\n\n<h4 class=\"wp-block-heading\">Kollektives Verhalten ergibt sich aus den Interaktionen der Roboter<\/h4>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Kollektives Verhalten und Schwarm-Bewegungsmuster sind \u00fcberall in der Natur zu finden. Ein Vogelschwarm zeigt dieses Verhalten ebenso wie Fische. Auch Roboter k\u00f6nnen so programmiert werden, dass sie in Schw\u00e4rmen agieren \u2013 und machen dabei sogar prominent von sich reden. Ein Technologieunternehmen stellte vor einigen Jahren mit einer Drohnen-Lichtshow einen neuen Guinness-Weltrekord auf, indem Ingenieure mehrere hundert Drohnen so programmierten, dass die Flugger\u00e4te wie ein Vogelschwarm minutenlang ein beeindruckendes Muster in den Nachthimmel zeichneten. Jede Drohne in diesem Schwarm war mit Rechenleistung ausgestattet, die sie in alle m\u00f6gliche Richtungen steuerte. Was aber, wenn das einzelne Teilchen so winzig ist, dass f\u00fcr Rechenleistung kein Platz ist? Wenn ein Roboter gerade mal 300 Mikrometer klein ist, bietet dieser nicht gen\u00fcgend Platz f\u00fcr einen Rechner, dem man einen Algorithmus einprogrammieren k\u00f6nnte.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Drei unterschiedliche Kr\u00e4fte sind im Spiel, um den Mangel an Rechenleistung auszugleichen. Eine ist die magnetische Kraft. Zwei Magnete mit entgegengesetzten Polen ziehen sich an. Zwei gleiche Pole sto\u00dfen sich ab. Die zweite Kraft ist die fl\u00fcssige Umgebung, das Wasser um die Partikel herum. Wenn Teilchen in einem Wasserstrudel schwimmen, verdr\u00e4ngen sie Wasser und beeinflussen so die anderen Teilchen im System. Die Geschwindigkeit des Strudels und seine Gr\u00f6\u00dfe bestimmen, wie die Teilchen interagieren. Drittens: Wenn zwei Teilchen nebeneinander schwimmen, neigen sie dazu, aufeinander zuzudriften. Sie kr\u00fcmmen die Wasseroberfl\u00e4che so, dass sie sich langsam ann\u00e4hern. Wissenschaftler und Cheerio-Fans nennen dies den Cheerio-Effekt: Wenn man zwei der Cerealien auf Milch treiben l\u00e4sst, sto\u00dfen sie irgendwann zusammen. Umgekehrt kann dieser Effekt auch dazu f\u00fchren, dass sich zwei Dinge gegenseitig absto\u00dfen (eine Haarnadel entfernt sich von einem Cheerio).<\/p>\n\n\n\n<h4 class=\"wp-block-heading\">Drei Kr\u00e4fte erm\u00f6glichen die Rekonfigurierung<\/h4>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Die Wissenschaftler:innen nutzen alle drei Kr\u00e4fte, um ein koordiniertes, kollektives Bewegungsmuster von mehreren Dutzend Mikrorobotern innerhalb eines System zu erzeugen. Ein Video (siehe unten) zeigt, wie die Roboter durch einen Parkour steuern. Dabei nimmt die Gruppe die Formation an, die am besten passt. Gibt es nur einen schmalen Durchgang, reihen sich die Mikroroboter hintereinander auf, um sich dann wieder auszubreiten, wenn sie herauskommen. Die Wissenschaftler:innen k\u00f6nnen die Roboter auch tanzen lassen. Au\u00dferdem zeigen sie, wie sie eine winzige Plastikkugel in den Wasserbeh\u00e4lter legen und dann die Roboter zu einem B\u00fcndel zusammenziehen, um die schwimmende Kugel vor sich herzuschieben. Sie k\u00f6nnen die winzigen Teilchen auch in zwei Zahnr\u00e4dern platzieren und die Teilchen so bewegen, dass sie beide Zahnr\u00e4der zum Drehen bringen. Auch ein geordnetes Muster ist m\u00f6glich, bei dem jedes Teilchen den gleichen Abstand zu seinem Nachbarn einh\u00e4lt. All diese verschiedenen Fortbewegungsarten und Formationen werden durch externe Rechenleistung erm\u00f6glicht: Ein Algorithmus wird programmiert, der ein rotierendes oder oszillierendes Magnetfeld erzeugt, das wiederum die gew\u00fcnschte Bewegung und Rekonfigurierung ausl\u00f6st.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">\u201eJe nachdem, wie wir die Magnetfelder ver\u00e4ndern, verhalten sich die Mikroroboter anders. Wir ver\u00e4ndern eine Kraft und dann eine andere, bis wir das gew\u00fcnschte Bewegungsmuster erhalten. Wenn wir das Magnetfeld in den Spulen zu stark drehen, ist die Kraft, die das Wasser in Bewegung setzt, zu stark und die Partikel entfernen sich voneinander. Sind wir zu langsam, ist der Cheerio-Effekt, der die Teilchen anzieht, zu gro\u00df. Wir m\u00fcssen ein Gleichgewicht zwischen diesen drei Faktoren finden\u201c, erkl\u00e4rt Gaurav Gardi. Er ist Doktorand in der Abteilung f\u00fcr Physische Intelligenz am MPI-IS und zusammen mit Steven Ceron von der Cornell University einer der Erstautoren der Publikation.<\/p>\n\n\n\n<h4 class=\"wp-block-heading\">Ein Modell f\u00fcr zuk\u00fcnftige biomedizinische und umwelttechnische Anwendungen<\/h4>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Das Zukunftsszenario f\u00fcr solche Mikroroboter-Kollektive ist, noch kleiner zu werden. \u201eUnsere Vision ist es, ein System zu entwickeln, das noch winziger ist. Wir wollen die Partikel bald nur einen Mikrometer klein bauen. Diese Kollektive k\u00f6nnten m\u00f6glicherweise eines Tages in den menschlichen K\u00f6rper eindringen und durch komplexe Umgebungen navigieren, um zum Beispiel Medikamente zu verabreichen, Blockaden zu l\u00f6sen oder schwer zug\u00e4ngliche Bereiche zu stimulieren\u201c, erkl\u00e4rt Gardi.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">\u201eRoboter-Kollektive, die schnell zwischen verschiedenen Bewegungsmustern wechseln k\u00f6nnen, sind sehr selten. Solch versatile Systeme sind sehr von Vorteil, wenn sie in komplexen Umgebungen eingesetzt werden. Wir freuen uns, dass es uns gelungen ist, dieses vielseitige und robuste Mikroroboter-System zu entwickeln. Wir sehen unsere Forschung als eine Blaupause f\u00fcr k\u00fcnftige biomedizinische Anwendungen, minimalinvasive Behandlungen oder um die Umwelt zu sch\u00fctzen\u201c, f\u00fcgt Metin Sitti hinzu, der die Abteilung f\u00fcr Physische Intelligenz leitet. Sitti gilt als ein Pionier auf dem Forschungsgebiet der Mikro- und Milli-Robotik sowie der Physischen Intelligenz k\u00fcnstlicher Systeme.<\/p>\n","protected":false},"featured_media":11501,"parent":0,"template":"","meta":{"_acf_changed":false},"cv-tag":[],"location":[],"network-role":[],"news-category":[362],"user-group":[245],"class_list":["post-11167","news","type-news","status-publish","has-post-thumbnail","hentry","news-category-press-release","user-group-researcher"],"acf":[],"yoast_head":"<!-- This site is optimized with the Yoast SEO plugin v28.7 - https:\/\/yoast.com\/product\/yoast-seo-wordpress\/ -->\n<title>Mikroroboter zeigen vielseitige Schwarm-Bewegungsmuster - Cyber Valley<\/title>\n<meta name=\"robots\" content=\"index, follow, max-snippet:-1, max-image-preview:large, max-video-preview:-1\" \/>\n<link rel=\"canonical\" href=\"https:\/\/cyber-valley.de\/de\/news\/mikroroboter-zeigen-vielseitige-schwarm-bewegungsmuster\/\" \/>\n<meta property=\"og:locale\" content=\"de_DE\" \/>\n<meta property=\"og:type\" content=\"article\" \/>\n<meta property=\"og:title\" content=\"Mikroroboter zeigen vielseitige Schwarm-Bewegungsmuster - Cyber Valley\" \/>\n<meta property=\"og:description\" content=\"Kollektives Verhalten und Schwarm-Bewegungsmuster sind \u00fcberall in der Natur zu finden. 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