Programmierbare Materie, die sich von ihrer ursprünglichen Form in jede andere verwandeln kann, wurde bisher als reines Zukunftskonzept dargestellt. Die vorliegende Arbeit betrachtet einen neuartigen, selbst rekonfigurierbaren Roboter, der auf unabhängig gesteuerten adaptiven Zellen basiert, die die Fähigkeit haben, sich mit benachbarten Modulen zu verbinden und von ihnen zu trennen. Ausgehend von einem metamorphen Robotersystem werden die Kerneigenschaften der programmierbaren Materie beschrieben und die Architektur eines Systems vorgestellt, welches Form und Topologie verändern kann.
Ein Prototyp der programmierbaren Materie basierend auf den Kerneigenschaften wird realisiert. Erste Machbarkeitsstudien dieses Roboters haben die grundlegende Funktionsweise gezeigt, jedoch können mit dem derzeitigen mechanischen Aufbau der Roboterzellen noch keine geschlossenen räumlichen Strukturen realisiert werden. Grundsätzlich müssen die Zellen entweder gleichseitig sein, wenn sie verbunden sind, oder sie können nur Ketten oder kettenartige Strukturen bilden.
Daher wird ein verbessertes Design für eine ebene Roboterzelle vorgeschlagen. Gegenüber dem Stand der Technik, aus der Strukturen bekannt sind welche aus Knoten und Aktuatoren aufgebaut sind, ist es erstmals gelungen, autonome, deformierbare Zellen zu konstruieren, die sich an den Seitenkanten unabhängig voneinander verbinden können. Durch die vielen Drehgelenke und die 3D-gedruckten Bauteile ergibt sich ein spürbares Lagerspiel und Flexibilität. Es wird ein vereinfachtes mechanisches Modell entwickelt, das die Abweichungen
der Bewegungen des selbst rekonfigurierbaren Roboters von der Nennbewegung erfasst und so die Steuerung der einzelnen Zellen während des Prozesses erleichtert. Dieses Modell wird durch Einführung von Axial- und Biegesteifigkeiten der entsprechenden Komponenten erweitert. Eine Kalibrierung und ein Vergleich mit Bewegungs- und Kraftmessungen zeigt die Gültigkeit des Modells.
Das Potenzial des vorgestellten adaptiven Roboters ist abhängig von einer miniaturisierten Realisierung, die zu einem intelligenten Material führt. Obwohl eine solche Realisierung in naher Zukunft nicht zu erwarten ist, kann der aktuelle Ansatz als ein Top-down-Versuch zur Entwicklung einer programmierbaren Materie oder eines selbstheilenden Materials gesehen werden.