Immer mehr Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen untersuchen, wie Roboter gemeinsame Ziele erreichen können. Dabei lassen sie sich von der Art und Weise inspirieren, wie Ameisen zusammenarbeiten, um zum Beispiel eine Lücke in einem Weg zu überbrücken oder gemeinsam ein Floß zu bilden, um Überschwemmungen zu überstehen.

Wissenschaftler der Hanyang-Universität in Seoul unter der Leitung von Jeong Jae Wie entwickelten Schwärme von winzigen magnetischen Robotern, die zusammenarbeiten, um Herkules-ähnliche Leistungen zu vollbringen. Während sich frühere Forschungen zu Schwarmrobotern auf kugelförmige Roboter konzentrierten, entwickelte Wies Team würfelförmige Mikroroboter. Da diese mit größeren Oberflächen interagieren können als kugelförmige Roboter, können sie eine stärkere magnetische Anziehung aufeinander ausüben.

Jeder Mikroroboter ist 600 Mikrometer groß und besteht aus einem Epoxidkörper, der ferromagnetische Neodym-Eisen-Bor-Partikel (NdFeB) enthält, die es ihm ermöglichen, auf Magnetfelder zu reagieren und mit anderen Mikrorobotern zu kommunizieren. Durch die Versorgung der Roboter mit einem Magnetfeld, das durch die Rotation von zwei miteinander verbundenen Magneten erzeugt wird, kann sich der Schwarm selbst zusammensetzen.

Die Forschenden programmierten die Roboter so, dass sie sich in verschiedenen Konfigurationen zusammenfinden, indem sie den Winkel änderten, in dem die Roboter magnetisiert wurden. Sie testeten, wie gut Schwärme von Mikrorobotern in verschiedenen Konfigurationen bei unterschiedlichen Aufgaben abschnitten.

Sie fanden heraus, dass Schwärme ein Hindernis erklimmen können, das fünfmal höher ist als die Körperlänge eines von ihnen, und sich einzeln über ein Hindernis schwingen können. Sie sahen auch, dass ein großer Schwarm von 1.000 Mikrorobotern ein Floß bildete, das auf dem Wasser schwamm und sich um eine Pille wickelte, die 2.000 Mal mehr wog als jeder einzelne Roboter, so dass der Schwarm das Medikament durch die Flüssigkeit transportieren konnte.

An Land schaffte es ein Roboterschwarm, Lasten zu transportieren, die 350 Mal schwerer waren als jeder einzelne Roboter, während eine andere Gruppe von Mikrorobotern in der Lage war, kleine Röhren, die Arterien ähneln, zu öffnen. Außerdem entwickelte das Team ein System, mit dem Roboterschwärme die Bewegungen kleiner Organismen durch Drehen und Ziehen kontrollieren konnten.

Den Forschenden zufolge war die hohe Anpassungsfähigkeit der Roboterschwärme an ihre Umgebung überraschend, ebenso wie das hohe Maß an Autonomie bei der Steuerung der Roboter. Die Zusammenarbeit machte die Roboter auch widerstandsfähiger gegen Fehler. Selbst wenn einige Mitglieder der Gruppe das Ziel nicht erreichen, führen die übrigen ihre programmierten Bewegungen so lange aus, bis genügend von ihnen erfolgreich sind.
Die Forschung zeigt, dass Mikroroboter für schwierige Aufgaben in anspruchsvollen Umgebungen eingesetzt werden können, mit denen einzelne Roboter nur schwer zurechtkommen. Ein Beispiel ist die minimalinvasive Behandlung verstopfter Arterien.

Die Ergebnisse der Studie sind zwar vielversprechend, aber die Forschenden sagen, dass die Schwärme noch ein höheres Maß an Autonomie benötigen, bevor sie für echte Anwendungen bereit sind. Die magnetischen Mikroroboterschwärme benötigen derzeit eine externe magnetische Steuerung und sind nicht in der Lage, autonom durch komplexe oder beengte Räume wie echte Arterien zu navigieren. Künftige Forschungsarbeiten werden sich auf die Verbesserung dieses Autonomiegrades konzentrieren, z. B. auf eine Echtzeit-Rückkopplungskontrolle ihrer Bewegungen und Flugbahnen.