Ein Forschungsteam der North Carolina State University (NC State) hat eine bahnbrechende 3D-Drucktechnologie vorgestellt, die einen signifikanten Fortschritt in der Entwicklung der weichen Robotik darstellt. Im Kern dieser Innovation steht die Herstellung ultradünner magnetischer Folien, die als „magnetische Muskeln“ fungieren und direkt in die filigranen Origami-Strukturen von Robotern integriert werden. Diese Methode, deren Details im September 2025 veröffentlicht wurden, überwindet eine wesentliche Einschränkung früherer Systeme: die Starrheit herkömmlicher magnetischer Aktuatoren, welche die Integrität und Flexibilität weicher Oberflächen beeinträchtigte.
Der neuartige Ansatz wurde maßgeblich unter der Beteiligung von Assistenzprofessor Xiaomeng Fang vom Wilson College of Textiles entwickelt. Er basiert auf der Koextrusion von Polymeren auf Kautschukbasis zusammen mit ferromagnetischen Partikeln. Das Ergebnis dieses Verfahrens ist eine hochelastische Folie, die als elastisches Element dient. Wenn diese Folie an strategisch wichtigen Stellen des Origami-Roboters angebracht wird, ermöglicht sie eine präzise, steuerbare Bewegung durch externe Magnetfelder, während die inhärente Nachgiebigkeit der Struktur vollständig erhalten bleibt. An diesem wegweisenden Projekt waren außerdem Sen Zhang, Yuan Li, Jimeng Li, Nabil Cheddid, Peiqi Zhang und Ke Cheng beteiligt.
Das Team demonstrierte das Potenzial dieser Technologie anhand von zwei Prototypen, die beide das bekannte Miura-Ori-Faltmuster nutzten. Das erste Modell war speziell für die nicht-invasive Verabreichung von Medikamenten konzipiert. In Tests, die in einem simulierten Magen – einer mit warmem Wasser gefüllten Kunststoffkugel – durchgeführt wurden, konnte der Roboter mithilfe eines Magnetfelds exakt zu einer nachgebildeten Geschwürläsion navigiert werden. Nach der Positionierung entfaltete sich das Gerät durch die äußerlich angebrachten weichen Magnetfolien, um das Medikament kontrolliert freizusetzen. Dies eröffnet vielversprechende Wege für sicherere und zielgerichtetere medizinische Eingriffe.
Der zweite Demonstrator zeigte die Fähigkeit zur kriechenden Fortbewegung. Dieser Roboter war in der Lage, Hindernisse von bis zu 7 mm Höhe zu überwinden. Dies gelang ihm durch das abwechselnde Aktivieren und Deaktivieren eines externen Magnetfelds, wodurch seine „Muskeln“ sich zusammenzogen und entspannten. Eine derartige Anpassungsfähigkeit in der Bewegung unterstreicht die breite Anwendbarkeit der Entwicklung und ihre Robustheit in komplexen Umgebungen.
Xiaomeng Fang betonte, dass diese magnetischen Muskeln auf eine Vielzahl unterschiedlicher Origami-Konstruktionen übertragen werden könnten. Die Arbeit der NC State Forscher leistet somit einen wichtigen Beitrag zur zukünftigen Lösung komplexer Aufgaben, insbesondere in der Biomedizin und der Weltraumforschung. Durch die direkte Reaktion der Bewegung auf eine externe Steuerwirkung hebt diese Entwicklung die Kontrolle weicher Systeme auf ein qualitativ neues Niveau, bei dem Bewegung ein unmittelbarer Reflex auf äußere Einflüsse ist.