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Kautschuk-Innovationen 2021 Teil 2

Deutsche Forscher entwickeln mit intelligenten Elastomeren weiche Roboter

Forscher der Universität des Saarlandes entwickeln eine neue Generation von Roboterwerkzeugen, die intelligente, flexible Bewegungen durch den Einsatz von intelligenten Elastomeren ermöglichen.

Die Arme der kollaborativen Roboter (Cobots) werden eine Kombination aus starken “Muskeln” und sensiblen “Nerven” haben, die aus intelligenten Polymermaterialien bestehen, so das Forscherteam um die Experten für intelligente Materialien, Professor Stefan Seelecke und Gianluca Rizzello.

“Unsere Technologie basiert auf intelligenten Polymersystemen und ermöglicht es uns, neuartige weiche Roboterwerkzeuge zu entwickeln, die leichter, manövrierfähiger und flexibler sind als die heute verwendeten starren Komponenten”, so Seelecke in einer Erklärung vom 22. Juni.

Das für die weichen Roboterarme verwendete Material ist ein “dielektrisches Elastomer”, ein spezielles Verbundpolymer, das komprimiert und gedehnt werden kann, um seine ursprüngliche Form wiederzuerlangen.

“Wir drucken Elektroden auf beide Seiten des Elastomermaterials. Wenn wir eine Spannung anlegen, ziehen sich die beiden Elektroden gegenseitig an, wodurch das Polymer komprimiert wird und sich seitlich ausdehnt”, erklärt Rizzello, Juniorprofessor für adaptive polymerbasierte Systeme.

Auf diese Weise kann das Elastomer dazu gebracht werden, sich zusammenzuziehen und zu entspannen, genau wie Muskelgewebe.

Laut Rizzello macht sich das Forscherteam diese Eigenschaft bei der Entwicklung von Aktoren zunutze.

Durch präzise Variation des elektrischen Feldes können die Ingenieure das Elastomer in hochfrequente Schwingungen oder stufenlose Biegebewegungen versetzen oder sogar in einer bestimmten gewünschten Zwischenposition verharren lassen.

Die Forscher kombinieren dann eine große Anzahl dieser “kleinen Muskeln”, um einen flexiblen Roboterarm zu schaffen, der Bewegungen ausführt, die denen eines Krakenarms ähneln.

Nach Angaben des Forscherteams können sich die Tentakel im Gegensatz zu den schweren, starren Roboterarmen, die derzeit verwendet werden, in “fast jede Richtung” frei bewegen.

Außerdem werden sie “viel leichter” sein als die heute verwendeten Roboterarme, da sie weder von Motoren noch von hydraulischen oder pneumatischen Systemen angetrieben werden und durch die Anwendung von elektrischem Strom betrieben werden können.

Die Forscher setzen künstliche Intelligenz ein, um die polymerbasierten Komponenten zu steuern, was den Roboterarm “wesentlich komplexer” macht als seine heutigen Gegenstücke.

“Jede Verformung des Elastomers, jede Änderung seiner Geometrie führt zu einer Änderung der Kapazität des Materials, wodurch das Team in der Lage ist, jeder spezifischen Verformung des Elastomers einen genauen elektrischen Kapazitätswert zuzuordnen”, erklärte Rizzello.

Durch die Messung der Kapazität weiß das Team genau, welche Form das Elastomer angenommen hat, und kann dann Sensordaten extrahieren.

Diese Daten können dann verwendet werden, um die Bewegung des Elastomerarms genau zu modellieren und zu programmieren.

Rizzellos Forschungsarbeit konzentriert sich insbesondere auf die Entwicklung intelligenter Algorithmen, mit denen die Tentakel darauf trainiert werden können, sich in der gewünschten Weise zu bewegen und zu reagieren.

Das Team hofft, den Tentakel-Prototyp in etwa einem Jahr fertig entwickelt zu haben.

Nach Angaben der Universität des Saarlandes ist die Technologie skalierbar und kann zur Herstellung von Miniatur-Tentakeln für medizinische Instrumente oder für große Roboterarme für industrielle Anwendungen verwendet werden.