3D-Druck: Diese Räder reagieren auf ihre Umgebung

03.05.2024 10:00 Uhr Akos Fodor

Fahrzeug mit dem Reifendesign erklimt Hindernis — (Bild: youtube.com/ Morphlab ICL)

Fahrende Roboter sind nicht die besten Kletterer. Mit diesen 3D-gedruckten Rädern bezwingen sie aber ganz mühelos auch unwegsames Gelände.

An der Dyson School of Design Engineering (Imperial College London) hat ein Forscherteam ein Rad für mobile Roboter entwickelt, das seine Form automatisch anpasst, um Hindernisse im Gelände zu überwinden. Dafür verwendet das Passively-Transformable Single-Part Wheel (PaTS) einen nachgiebigen Mechanismus (engl. compliant mechanism), das heißt, eine Kinematik, bei der alle Elemente mit elastischen Gelenken verbunden sind. Aufgrund dieser Konstruktion lässt sich der Entwurf vollständig und in einem Stück mit einem 3D-Drucker fertigen.

Kann fahren und klettern

Im Einsatz auf ebenem Untergrund sieht das Rad dann zunächst kreisrund aus. Sobald es aber mit einem Objekt kollidiert, das auf einen Trigger in der Kinematik drückt, verwandelt sich das betroffene Radsegment in eine Art Kralle (siehe Abbildung). Mit deren Hilfe soll der Roboter laut der Forscher Hindernisse mit einer Höhe von bis zu 70 Prozent des Rad-Durchmessers erklimmen können. Im Vergleich dazu sei ein herkömmliches Rad nur imstande, Objekte zu überwinden, die etwa ein Viertel so hoch sind wie sein Durchmesser.

Die Elemente Claw und Pad schließen im Ruhezustand bündig ab und erzeugen ein Kreissegment. Erst wenn etwas (hier ein blauer Stift) auf Pad drückt, bewegt sich Claw nach außen und greift nach dem Hindernis.

(Bild: youtube.com/ Morphlab ICL)

Nach dem Klettern klappt das PaTS-Rad wieder zurück in seine ursprüngliche Form. Dies geschieht passiv, mithilfe des nachgiebigen Mechanismus. Der Entwurf benötigt dafür also keine Sensoren, weitere Elektronik oder eine spezielle Programmierung – und zeigt, wie sich solch eine Herausforderung auch mit verhältnismäßig einfachen Mitteln kreativ lösen lässt.

Zu dem Forschungsprojekt ist eine kostenpflichtige Publikation auf IEEE Xplore [1] erschienen. Auf Twitter [2] und YouTube [3] kann man sich den Mechanismus des PaTS-Rads zudem detailliert in Aktion anschauen. In den Kommentaren herrscht reges Interesse an dem Design und es wird viel über die Belastbarkeit des nachgiebigen Mechanismus diskutiert, da die gedruckten Gelenke recht filigran sind. Offizielle CAD-Daten zum 3D-Drucken gibt es bislang nicht, aber bereits einen ersten Nachbauversuch auf Thingiverse [4].

(akf [6])

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Links in diesem Artikel:

https://ieeexplore.ieee.org/document/10502024
https://twitter.com/GoddenThomas/status/1784609896203219433
https://www.youtube.com/watch?v=oZbZZlDDEnc
https://www.thingiverse.com/thing:6600179
https://www.heise.de/make
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