Roboter ohne elektrische Steuerung: Uni Freiburg entwickelt Logikmodule für Softroboter
Es ist kaum vorstellbar, dass Roboter ohne eine elektrische Steuerung funktionieren können. Doch genau dies ist nun einem Forschungsteam der Universität Freiburg gelungen. Sie haben mit Hilfe des 3D-Druckes einen weichen Roboter entwickelt, welcher durch einen integrierten Schaltkreis per Luftdruck gesteuert wird, der die für gewöhnlich elektrische Steuerung imitiert und ersetzt. In diesen sogenannten Softrobotern wird großes Potential gesehen, Aufgaben in Gebieten ausführen zu können, die herkömmliche mit Elektronik ausgestattete Roboter, nicht betreten können. Hierzu zählen Bereiche, die schwer zugänglich sind oder Strahlung und Chemikalien ausgesetzt sind, die zudem eine Gefahr für elektronisch ausgestattete Metallroboter darstellen.
Bisher war die Entwicklung von Robotern, die ohne Elektronik funktionieren, mit einigen Hürdern verbunden. Dem Forschungsteam um Dr. Stefan Conrad, Dr. Falk Tauber, Joscha Teichmann, und Prof. Dr. Thomas Speck vom Exzellenzcluster „Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems (livMatS)“ ist nun jedoch der Durchbruch gelungen. Um eine Alternative zu der elektronischen Bewegungssteuerung von Robotern zu erhalten, hat das Team additiv gefertigte pneumatische Logikmodule entwickelt. Diese ermöglichen eine logische Schaltung des Luftstroms und steuern auf diese Weise lediglich mit Luftdruck die Bewegungen des Softroboters, wodurch ihm die Navigation durch seine Umwelt ermöglicht wird. Die Entwicklung der Logikmodule ermöglicht damit erstmals die vollständige Herstellung von 3D-gedruckten Softrobotern, die ganz ohne Elektronik funktionieren. Zur Herstellung wurde dabei Filament aus herkömmlichem Material verwendet. Dr. Stefan Conrad vom Exzellenzcluster äußerte sich zu der Entwicklung mit den folgenden Worten:
Vom Forschungsteam entwickelter elektronischer Getränkespender (links) (Bild: Falk Tauber); Universität Freiburg (rechts) (Bild: Universität Freiburg)
Unser Design ermöglicht es allen, die Erfahrung im 3D-Druck haben, solche Logikmodule herzustellen und für die Steuerung eines Softroboters zu verwenden, ohne dass dafür eine High-End-Druckausrüstung nötig ist. Dies markiert einen bedeutenden Schritt hin zu völlig elektronikfreien pneumatischen Steuerkreisen, die künftig immer komplexere elektrische Komponenten in Softrobotern ersetzen können.“
Die 3D-gedruckten Logikmodule der Softroboter
Der mit 3D-Druck entwickelte Softroboter zeigt eine Anwendungsmöglichkeit der pneumatischen Logikmodule. Doch darüber hinaus sei eine Vielfalt an Anwendungen denkbar, so Dr. Falk Tauber vom Exzellenzcluster. Er führt fort, dass der Softroboter sogar die Last eines Autos aushalte, das über ihn fährt, was die besondere Nachgiebigkeit der Logikmodule zeige. Zusätzlich zu dem Roboter habe das Forschungsteam außerdem einen elektronischen Getränkespender entwickelt, der ein weiteres Beispiel für komplexere Steuerungen darstelle. Die vom Forschungsteam entwickelten Logikmodule sind in ihrem Verhalten ähnlich zu elektrischen Schaltungen. Innerhalb der Module verläuft ein 3D-gedruckter Kanal, der von zwei unter Druck stehenden Kammern umgeben ist. Die beiden Kammern üben Druck auf den zwischen ihnen liegenden Kanal aus, sodass der Luftfluss darin unterbrochen werden kann.
Somit lässt sich der Kanal wie ein Ventil öffnen oder schließen. Die Module haben eine vergleichbare Funktionsweise wie elektrische Schaltungen, da sie ebenso im Stande sind, die booleschen logischen Funktionen „UND“, „ODER“ und „NICHT“ auszuführen. Somit lässt sich steuern, in welche Bewegungselemente des flexiblen Roboters der Luftstrom befördert werden soll. Je nachdem für welche Kammern man sich für die Luftdruck-Zufuhr entscheidet, führt das jeweilige Modul die entsprechende Funktion aus. Darüber hinaus kann die Höhe des den Modulen zugeführten Druckes je nach Material zwischen 80 und über 750 Kilopascal hinaus variiert werden. Die Logikmodule zeichnen sich außerdem durch ihre besonders schnelle Reaktionszeit von etwa 100 Millisekunden verglichen mit anderen pneumatischen Systemen aus.
Für mehr Informationen gelangen Sie HIER zur Pressemitteilung der Universität Freiburg. Was halten Sie von den 3D-gedruckten Logikmodulen der Universität Freiburg? Lassen Sie uns gerne einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf Facebook oder LinkedIN mit. Möchten Sie außerdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt für unseren wöchentlichen Newsletter.
*Bildnachweise: Lucia Brunold
