• Skip to main content
  • Skip to secondary menu
  • Skip to primary sidebar

Lebensmittel- & Biotechnologie

Das Fachportal für Lebensmittelindustrie und Biotechnologie

  • Abonnement
  • Impressum
  • Welkin Media Verlag
Startseite » Elefantenrüssel als Vorbild für bionischen Roboterarm

Elefantenrüssel als Vorbild für bionischen Roboterarm

3. April 2023 von Birgit Fischer

Ein Elefantenrüssel diente als Vorbild für den von der Universität des Saarlandes und Festo entwickelten beweglichen bionischen Roboterarm. Er kommt gänzlich ohne schwere Metallkonstruktion aus, verbraucht nur wenig Strom und kann gefahrlos mit Menschen zusammenarbeiten.

Doktorand Yannik Goergen hat den bionischen Roboterarm im Rahmen seiner Promotion entwickelt. | Foto: Oliver Dietze
Doktorand Yannik Goergen hat den bionischen Roboterarm im Rahmen seiner Promotion entwickelt. | Foto: Oliver Dietze

Künstliche Muskeln und Nerven aus der Formgedächtnislegierung Nickel-Titan machen den Roboterrüssel wendig und beweglich wie ihr tierisches Vorbild. Sie sind aber wesentlich leichter, unermüdlicher und präzise steuerbar.

Die Technologie zeigt das Forschungsteam auf der Hannover Messe vom 17. bis 21. April (Halle 002, Stand B34).

Roboterarm ohne „Knochen“

Industrieroboter sind heute ebenso kraftvoll, flink und präzise wie schwer und lebensgefährlich. Menschen, die mit ihnen arbeiten, müssen sich in Acht nehmen, sonst hat ein Rempler schnell schmerzhafte Folgen. Damit sie mit dem Menschen Seite an Seite und Hand in Hand arbeiten können, müssen Roboter softer sein. Einen Roboterarm, der gänzlich ohne schwere Metallkonstruktion auskommt, entwickelt das Forschungsteam um den Spezialisten für intelligente Materialsysteme Professor Stefan Seelecke von der Universität des Saarlandes (UdS).

Die Saarbrücker Forscher folgen dabei dem Vorbild der Natur: dem Elefantenrüssel. „Dieses Erfolgsmodell hatte Jahrmillionen Zeit, auszureifen, und sich in der Praxis zu bewähren“, erklärt Stefan Seelecke. Der schlanke Roboterrüssel, den sie entwickeln, kann schwingend pendeln und schlenkern, sich in alle Richtungen biegen. Anders als die heutigen schweren, metallenen Roboterarme ist er nicht an sperrige Gelenke gebunden, die Bewegungen nur in bestimmte Richtungen zulassen. Wie sein tierisches Vorbild kommt der Roboterrüssel ohne „Knochen“, also ohne starres Metallgerüst aus. Er ist wendig allein durch das geschickte Zusammenspiel seiner künstlichen Muskeln.

Prof. Dr. Stefan Seelecke, Lehrstuhl für intelligente Materialsysteme | Foto: Oliver Dietze

Unsere intelligenten Materialsysteme machen biegsame und weiche Roboterwerkzeuge möglich, die erheblich leichter und flexibler sind als heutige technische Bauteile. Sie brauchen keine Motoren, Hydraulik oder Druckluft, sondern funktionieren mit vergleichsweise wenig elektrischem Strom. Das macht diese Robotertechnologie im Betrieb nachhaltig, kostengünstig und auch leise.

Prof. Dr. Stefan Seelecke, Lehrstuhl für intelligente Materialsysteme

Sein Forschungsteam arbeitet an der Universität des Saarlandes und am Saarbrücker Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik Zema an verschiedenen Arten von künstlichen Muskeln für smarte Roboterrüssel und -tentakel. Sowohl intelligente Kunststoffe wie auch Formgedächtnislegierungen setzen die Ingenieure hierzu ein. Auf der Hannover Messe zeigt das Team seinen neuen Prototyp mit Formgedächtnis: Der etwa 30 Zentimeter lange Rüssel demonstriert sein Können mit Muskeln und Nerven aus Nickel-Titan-Drahtbündeln. „Die Technologie ist skalierbar, sie funktioniert auch für große Industrieroboter“, sagt Seelecke.

Künstliche Muskeln aus Nickel-Titan-Drähten

Künstliche Muskeln aus Nickel-Titan-Drähten können wie Muskeln von Lebewesen kontrahieren: Auf Befehl verkürzen sie sich, ziehen sich also zusammen, und dehnen sich wieder aus, entspannen also. Diese außergewöhnliche Fähigkeit von Nickel-Titan beruht auf dem Phänomen des Formgedächtnisses dieser Legierung: Sie erinnert sich an ihre ursprüngliche Form. Wird ein solcher Draht erwärmt, etwa indem Strom hindurchfließt, verkürzt er sich. Wird der Strom abgeschaltet, kühlt er ab und wird wieder lang. Der Grund liegt im Kristallgefüge der Legierung: „Durch Erwärmen kommt es hier zu Festkörperphasenumwandlungen“, erklärt Professor Paul Motzki, der mit Stefan Seelecke forscht und mit „Smarte Materialsysteme für innovative Produktion“ eine Brückenprofessur zwischen Universität des Saarlandes und Zema innehat. Anders als etwa bei Wasser, das bei Erwärmen gasförmig wird, bleibt Nickel-Titan zwar fest, aber der feste Zustand, seine Kristallstruktur, wandelt sich um.

Die Forscher setzen den Rüssel aus vielen der künstlichen Muskelstränge zusammen. Wie echte Muskelfasern, die in Bündeln zusammengefasst sind, bündeln sie dafür auch die haarfeinen Drähte. Drahtbündel geben durch die größere Oberfläche mehr Wärme ab, was die Kontraktionen schneller macht. Und stark sind sie auch:

Prof. Dr. Paul Motzki, Professur Smarte Materialsysteme für innovative Produktion | Foto: Oliver Dietze

Die Drähte haben die höchste Energiedichte aller bekannten Antriebsmechanismen und entwickeln hohe Zugkraft. Das macht es uns auf kleinstem Raum möglich, starke Antriebstechniken unterzubringen, was sonst unmöglich wäre.

Prof. Dr. Paul Motzki, Professur Smarte Materialsysteme für innovative Produktion

Indem sie mehrere dieser Drahtbündel in bestimmten Abständen durch eine Reihe runder, dünner Kunststoffscheiben fädeln, halten die Drahtbündel Abstände ein und es entsteht ein Rüsselsegment. Die Forscher setzen mehrere dieser Segmente zusammen, deren Scheiben zum Ende des Rüssels hin kleiner werden.

Durch elektrische Impulse können die Forscher im Rüssel die Muskeln spielen lassen. Verkürzen sie die künstlichen Muskelstränge auf einer Seite in einem Muskelsegment, biegt sich der Rüssel an dieser Stelle im gewünschten Winkel nach außen. Das Zusammenspiel der Drahtbündel bringt dabei wie eine Beuge- und Streck-Muskulatur fließende Bewegungsabläufe hervor. Ohne zusätzliche Sensoren können die Forscher den Rüssel hochpräzise und schnell ansteuern, so dass er beliebige Bewegungen vollführt. Die künstlichen Muskeln dienen dabei zugleich als Nerven des Systems – die Drähte selbst haben Sensoreigenschaften.

„Jede Verformung der Drähte bewirkt eine Änderung des elektrischen Widerstands und lässt sich präzisen Messwerten zuordnen. Anhand der Messwerte wissen wir genau, in welcher Position welches der Drahtbündel gerade verformt ist, und können so auch sensorische Daten ablesen“, erklärt Doktorand Yannik Goergen, der den Rüssel im Rahmen seiner Promotion entwickelt hat. Die Ingenieure modellieren und programmieren mit diesen Werten Bewegungsabläufe, entwickeln hierfür intelligente Algorithmen und trainieren so den bionischen Rüssel. Seine Spitze können sie mit zusätzlichen Funktionen ausstatten: etwa einem Greifer oder einem Kamerasystem. Auch könnte der Rüssel einen Schlauch tragen, der präzise Flüssigkeiten abgibt oder abpumpt.

Hintergrund

Die Forscher arbeiteten beim bionischen Rüssel zusammen mit der Festo-Unternehmensgruppe. An der Technologie forschen auch viele Doktoranden im Rahmen ihrer Doktorarbeiten. Sie ist Gegenstand zahlreicher Veröffentlichungen in Fachzeitschriften und wurde im Rahmen mehrerer Forschungsprojekte gefördert: so förderte etwa die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG SPP 2100 Soft Materials Robotics) und das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz diese Forschung (im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand ZIM, Projekt „AutoEndoskop“ – Inspektion von komplexen Bauteilen, Turbinen).

Die Ergebnisse der anwendungsorientierten Forschung wollen die Forscher in die Industriepraxis bringen, hierzu haben sie aus dem Lehrstuhl heraus die Firma mateligent GmbH gegründet.

Filed Under: Forschung, News Tagged With: Bionik, Elefant, Festo, Roboter

Weitere Nachrichten

Neue Velcorin-Abfüllanlage von LANXESS in Betrieb

LANXESS hat seine neue Velcorin-Abfüllanlage am Standort in Krefeld-Uerdingen in Betrieb genommen. Anstelle von Glas- werden dort Aluminium-Kannen als Packmittel eingesetzt. Die Aluminiumverpackungen sollen Kunden ein verbessertes Handling, einen … [Weiterlesen...] about Neue Velcorin-Abfüllanlage von LANXESS in Betrieb

Analytik Jena-Campus: der Grundstein ist gelegt

Anfang September hat Analytik Jena den Grundstein für den neuen Analytik Jena-Campus am Standort Jena-Göschwitz gelegt. Zusammen mit der Muttergesellschaft Endress+Hauser investiert das Unternehmen ca. 45 Millionen Euro in das künftige … [Weiterlesen...] about Analytik Jena-Campus: der Grundstein ist gelegt

WhisperValve-Baureihe jetzt bis 16 bar

Das neue Analyseventil Typ 6757 der WhisperValve-Baureihe von Bürkert Fluid Controls Systems deckt den Druckbereich bis 16 bar ab. Es ist gegen Druckstöße unempfindlich und ermöglicht Schaltzeiten unter 8 ms bei einer Leistungsaufnahme von weniger … [Weiterlesen...] about WhisperValve-Baureihe jetzt bis 16 bar

Controlled Pneumatics: Festo verschiebt Anwendungsgrenzen

Bei Controlled Pneumatics verbindet Festo Proportionaltechnologie, Sensorik und Regelungsalgorithmen zu einem Regelkreis. Diese Technologie ermöglicht der Pneumatik völlig neue Einsatzfelder bei Druck, Durchfluss und Bewegung und macht die … [Weiterlesen...] about Controlled Pneumatics: Festo verschiebt Anwendungsgrenzen

Primary Sidebar

Aktuelle Ausgabe

Welkin Media News

Aktuelle Nachrichten aus unseren anderen Online-Portalen Österreichische Chemie Zeitschrift und Österreichische Kunststoffzeitschrift.

  • Dispersion
    on 22. September 2023 by Lexikon (Die Chemie Zeitschrift Österreichs)

    Eine Dispersion ist ein heterogenes Gemisch aus mindestens zwei Stoffen, die sich nicht oder kaum miteinander lösen oder chemisch verbinden. In diesem Gemisch sind ein oder mehrere Stoffe als disperse Phase gleichmäßig in einem anderen, […]

  • Human Machine Interface von BOPLA auf der SPS
    on 22. September 2023 by Birgit Fischer (Die Chemie Zeitschrift Österreichs)

    Die BOPLA Gehäuse Systeme GmbH rückt auf der SPS 2023 in Nürnberg den Bereich der Human Machine Interface (HMI) in den Fokus. Das Unternehmen bietet vielfältige Varianten zur Touch-/Displayintegration. Zu den Messe Highlights gehören […]

  • Auswechselbare Nadelverschlussvorkammer Vario Shot Xgate
    on 22. September 2023 by Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    HASCO erweitert sein Düsenprogramm für Spritzgießwerkzeuge mit der auswechselbaren Nadelverschlussvorkammer Vario Shot Xgate. Xgate bietet eine präzise Nadelführung mit Vorzentrierung und ist hochgradig beständig gegen abrasive und chemisch […]

  • Recycling von Faserverbundwerkstoffen aus Rotorblättern
    on 20. September 2023 by Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Das Fraunhofer IFAM leitet ein Projekt zum nachhaltigen Recycling von Faserverbundwerkstoffen aus Rotorblättern mittels Pyrolyse. Eine anschließende Oberflächenbehandlung und Qualitätsprüfung der Rezyklate ermöglichen die erneute industrielle […]

  • IEP Technologies auf der POWTECH 2023
    on 20. September 2023 by Birgit Fischer (Die Chemie Zeitschrift Österreichs)

    Der Safety-Experte IEP Technologies präsentiert vom 26.-28.09.2023 auf der POWTECH in Nürnberg seine intelligenten Explosionsschutzlösungen. Das aktuelle Produktportfolio umfasst sowohl aktive als auch passive Explosionsschutzsysteme sowie […]

  • Modular aufgebaute elektrochemische Durchflusszellen
    on 18. September 2023 by Birgit Fischer (Die Chemie Zeitschrift Österreichs)

    Das Fraunhofer IMM hat mit der hte GmbH ein modulares und flexibles Konzept einer elektrochemischen Durchflusszelle entwickelt. Diese Durchflusszellen finden Einsatz in Hochdurchsatz-Screening-Aufgaben im Bereich der Elektrokatalyse. Der Beitrag […]

  • ENGEL part finder: Unterstützung im Betriebs- und Wartungsalltag
    on 18. September 2023 by Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Der ENGEL part finder ermöglicht es, nahezu alle Bauteile einer ENGEL-Spritzgießmaschine auf einfache Weise zu identifizieren und zu bestellen. Der Teilescout kann nicht nur neue Teile aktueller Maschinen, sondern auch verschmutzte, abgenutzte […]

  • rPP Big Bags – 100% Recycling Big Bags
    on 15. September 2023 by Birgit Fischer (Die Chemie Zeitschrift Österreichs)

    Die Puhm GmbH verwendet bei der Herstellung ihrer neuen rPP Big Bags für die Asbest- und Mineralwolle-Sammlung zu 100% Recyclingmaterial. Das Ausgangsmaterial für diese Neuheit am Verpackungsmarkt ist nichts anderes als alte, auf dem europäischen […]

  • Kistler: Digital meets Circular Economy
    on 15. September 2023 by Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Kistler zeigt auf der FAKUMA 2023 smarte, nachhaltige Lösungen für Prozesssicherheit und Qualität im Spritzgießen und die Trends von morgen. Mit dabei die kontaktlos messenden Sensoren im Medtech-Bereich, Sensoren für den 3D-Druck und die […]

  • Hotset: „Intelligentem Temperieren gehört die Zukunft“
    on 14. September 2023 by Kerstin Sochor (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Dank der kürzlich erfolgten Übernahme des Technologie-Dienstleisters iQtemp kann der deutsche Thermodynamik-Spezialist hotset nun Temperiersysteme realisieren, die das dynamische Aufheizen und homogene Abkühlen auf bislang einzigartige Weise […]

Copyright © 2023 · Welkin Media Verlag