• NASA Ames, USA
• MIT, USA
• University of Housten 
• Stony Brook University, USA

Inhalt: Der Bau und die Änderung von Strukturen, die aus vielen Grundelementen bestehen, ist ein wichtiges und natürliches Ziel in einer Vielzahl von Anwendungen. In vielen Fällen verspricht der Einsatz von autonomen Robotern erhebliche Vorteile, ist aber auch mit zahlreichen zusätzlichen Komplikationen verbunden. Dies gilt für ein breites Spektrum von Szenarien, insbesondere aber für sehr große und sehr kleine Dimensionen, die für eine direkte menschliche Manipulation schwer zugänglich sind, z. B. im extraterrestrischen Raum oder in mikroskopischen Umgebungen.

In der jüngsten Vergangenheit wurden beträchtliche Fortschritte erzielt, welche einen Durchbruch im Gebiet der umwandelbaren Materie vorbereiten. Auf der makroskopischen Seite ermöglichen ultraleichte und skalierbare Verbundgitter-Materialien die Konstruktion modularer, rekonfigurierbarer, gitterbasierter Strukturen; ihre zellulare Struktur löst auch Fragen der Genauigkeit und Fehlerkorrektur, so dass sie sich auf die zugrunde liegenden diskreten, kombinatorischen Strukturen konzentrieren kann. Ein zweiter Schritt war die Entwicklung von einfachen autonomen Robotern, die in großer Zahl zur Ausführung komplexer Aufgaben eingesetzt werden können. Dies spiegelt sich auf mikroskopischer Ebene wider, wo die Entwicklung von Mikrorobotern und sogar Nanorobotern grundlegend neue Ansätze für die Konfiguration von Objekten und Mechanismen verspricht.

In großen Dimensionen können sich Roboter auf Gitterstrukturen bewegen und ihre Zellbestandteile verlagern, was eine Neukonfiguration des Gesamtgebäudes ermöglicht; in kleinen Dimensionen können sie spezifische Konfigurationen bilden oder sich an bestimmten Orten versammeln, um beispielsweise gezielt Medikamente zu verabreichen.

In diesem Projekt befassen wir uns mit dem nächsten Schritt in dieser Hierarchie: Wie können wir ein Kollektiv von Robotern in die Lage versetzen, ein Spektrum von Bauaufgaben zu bewältigen, die auf zellulären Strukturen basieren, wie z. B. Bau, Wartung und Neukonfiguration von Konstruktionen, die aus einer großen Anzahl von Grundkomponenten bestehen? Die Skalierbarkeit hängt von der Parallelität zwischen einer großen Anzahl solcher einfacher Roboter ab, wobei algorithmische Mechanismen zur verteilten Koordination mit Optimierungsmethoden kombiniert werden, die eine Vielzahl geometrischer Aspekte berücksichtigen.

Es soll ein Konzept von haptischen Baukonstruktionen für Lehrinhalte der Hochschul-Mathematik entwickelt werden. Speziell sollen in der Lehre mathematische Inhalte durch Ihre formelle und parallel durch Ihre konstruktive Beschreibung eingeführt werden. Nach der gemeinsamen Besprechung in den Vorlesungen, sollen die Konstruktionen separat in Klein-Übungsgruppen mittels ausgedruckter Anleitungen nachbgebaut werden. Unter dem folgenden QR-Code finden Sie einen Prototypen mit erklärender Bauanleitung.