Wie ein Elefantenrüssel: Weicher Roboterarm für kollaboratives Arbeiten
Beim Zusammenarbeiten von Robotern mit Menschen können Unfälle passieren. Mit einem weichen Roboterarm sind die Auswirkungen geringer.
Doktorand Yannik Goergen (l.) hat den bionischen Roboterarm im Rahmen seiner Promotion entwickelt. Rawan Barakat arbeitet an bionisch inspirierten soften Robotern.
Ein Forschungsteam der Universität des Saarlandes (UdS) hat einen weichen Roboterarm für Industrieanwendungen entwickelt, der eine gefahrlose Zusammenarbeit mit Menschen ermöglichen soll. Der an einen Elefantenrüssel erinnernde Roboterarm kommt ohne eine schwere Metallkonstruktion aus. Stattdessen setzen die Wissenschaftler Nickel-Titan-Drahtbündel ein.
Der etwa 30 cm lange Rüssel ist äußerst flexibel und kann sich in alle Richtungen bewegen. Möglich machen das künstliche Muskelbündel aus Nickel-Titan-Drähten. Durch sie wird Strom geschickt, der die Drähte erwärmt. Dadurch dehnen sie sich aus und ziehen sich wieder zusammen, sobald kein Strom mehr fließt. "Durch Erwärmen kommt es hier zu Festkörperphasenumwandlungen", erklärt Professor Paul Motzki. Durch eine intelligente Ansteuerung der einzelnen Drähte können mehrere dieser künstlichen Muskelstränge so angeregt werden, dass sie den Roboterarm frei bewegen.
Zusammengefasst sind die Muskelstränge in Bündeln, ähnlich wie biologische Muskeln. Das hat bei den künstlichen Muskeln die Auswirkung, dass sich die hauchdünnen Drähte durch die dann größere Oberfläche schneller abkühlen und damit reaktionsstärker sind. Zudem weisen die Drähte eine hohe Energiedichte auf, sodass sie eine hohe Zugkraft entwickeln. Nur so sei es möglich, auf derart kleinem Raum eine derart starke Antriebstechnik hinzubekommen, erklärt Motzki.
Intelligente Ansteuerung
Die Drähte dienen gleichzeitig als Sensoren. Verformen sie sich, dann ändere sich auch der elektrische Widerstand. Mit den so ermittelten Messwerten könne genau festgestellt werden, in welcher Position sich der Rüssel gerade befindet und welches Drahtbündel sich gerade verformt. Mit den Werten können außerdem Bewegungsabläufe modelliert und programmiert werden. Intelligente Algorithmen steuern dann den Roboterarm.
Der Roboterarm kann mit weiteren Funktionen ausgestattet werden, wie etwa mit einem Greifer oder einer Kamera. Der Rüssel kann auch ein System aufnehmen, um damit Flüssigkeiten gezielt abzugeben oder abzupumpen.
Den Roboterarm, der zusammen mit der Festo-Unternehmensgruppe entwickelt wurde, wollen die Forschenden in eine praktische Anwendung überführen. Dazu haben sie bereits die Firma Mateligent gegründet. Die Wissenschaftler setzen darauf, dass ihr weicher Roboterarm dazu genutzt wird, kollaborativ mit Menschen zu arbeiten. Die Auswirkungen von Unfällen mit ihnen, beispielsweise durch eine Kollision mit dem Rüssel, sollen durch die Flexibilität des Armes deutlich geringer ausfallen als bei festen Robotern. Die Arbeitssicherheit könnte dadurch erhöht werden. Der Roboterarm der UdS wird auf der Hannover Messe zu sehen sein, die vom 17. bis 21. April auf dem Messegelände in Hannover stattfindet.
(olb)