3D-gedruckter Greifer funktioniert ohne Elektronik

Ein Bereich, in dem der 3D-Druck voraussichtlich immer häufiger zum Einsatz kommen wird, ist die Soft-Robotik. Der Einsatz der additiven Fertigung ermöglicht die Entwicklung komplexer und interessanter Robotertechnik zu geringeren Kosten, was sie in diesem Bereich besonders attraktiv macht. Nun haben Forscher der University of California San Diego (UCSD) bekannt gegeben, dass sie einen 3D-gedruckten Soft-Roboter-Greifer (oder „Gripper“) hergestellt haben, der nicht nur sofort nach dem Druck einsatzbereit war, sondern auch keine Elektronik benötigt, um zu funktionieren.

Soft-Robotik ist ein Teilbereich der Robotik, bei dem die Roboter aus flexiblen oder weichen Materialien bestehen statt aus starren. Seit ihrer Popularisierung im Jahr 2010 wird dieser Bereich zunehmend für Anwendungen im medizinischen Bereich und in der Biomimetik genutzt. Die Vorteile dieser Roboter liegen nicht nur darin, dass sie leicht und tragbar sind, sondern auch darin, dass sie anpassungsfähiger sind als herkömmliche Roboter. Außerdem sind sie ideal, wenn Roboter sicher mit Menschen und empfindlichen Objekten interagieren müssen. Greifer gehören zu den Bereichen, in denen bisher eine starke Zunahme ihrer Verwendung beobachten werden konnte. Mit diesem neuen Projekt können nun auch der verstärkte Einsatz des 3D-Drucks in diesem Bereich für innovativere Designs beobachtet werden, wobei dieser spezielle Greifer für die industrielle Fertigung oder die Lebensmittelproduktion eingesetzt werden kann.

Der Gripper wurde in einem einzigen Teil 3D-gedruckt und benötigt keine Elektronik, um zu funktionieren (Bild: University of South Carolina San Diego)

3D-Druck des Grippers ohne Elektronik

Dieses spezielle Projekt wurde in einer kürzlich erschienenen Ausgabe von Science Robotics veröffentlicht und wurde in Zusammenarbeit mit BASF durchgeführt. Zu dem Team von Robotikern gehören Yichen Zhain, Jioayao Yan, Benjamin Shih und Michael T. Tolley von der UCSD sowie Albert De Boer, Martin Faber, Joshua Speros und Rohini Gupta von BASF. Der weiche Robotergreifer wurde so konzipiert, dass er direkt aus dem 3D-Drucker verwendet werden kann, ohne dass eine Montage erforderlich ist. Er ist mit eingebauten Schwerkraft- und Berührungssensoren ausgestattet, so dass er Objekte nehmen, halten und wieder loslassen kann. Das Besondere an dem 3D-gedruckten Gripper ist, dass die Fluidik dem Roboter im Wesentlichen ermöglicht, sich zu merken, wann er ein Objekt ergriffen hat. Wenn er dann feststellt, dass sich das Gewicht des Objekts zur Seite schiebt, lässt er es los.

Yichen Zhai, Postdoktorand im Bioinspired Robotics and Design Lab an der University of California San Diego und Hauptautor der Arbeit, erklärt: „Wir haben die Funktionen so gestaltet, dass eine Reihe von Ventilen es dem Greifer ermöglicht, sowohl bei Kontakt zu greifen als auch zum richtigen Zeitpunkt loszulassen. Es ist das erste Mal, dass ein solcher Greifer sowohl greifen als auch loslassen kann. Dazu muss man den Greifer nur horizontal drehen. Dadurch ändert sich der Luftstrom in den Ventilen, so dass die beiden Finger des Greifers loslassen.“

Um ein solch innovatives Objekt zu schaffen, war natürlich auch ein innovatives Verfahren erforderlich. In diesem Fall fiel die Wahl auf den 3D-Druck. Um jedoch die bisherigen Probleme mit 3D-gedruckten weichen Robotern zu überwinden, insbesondere ihre Steifigkeit und die Neigung zu Undichtigkeiten, entwickelte das Team seine eigene 3D-Druckmethode. Laut einer Pressemitteilung der UCSD bestand diese Methode darin, die Düse des Druckers einen kontinuierlichen Pfad durch das gesamte Muster jeder gedruckten Schicht verfolgen zu lassen, ähnlich wie beim Zeichnen eines Bildes, ohne den Bleistift vom Blatt zu nehmen. Dies ermöglichte nicht nur die Herstellung des 3D-gedruckten Greifers in einem Durchgang, sondern verringerte auch die Wahrscheinlichkeit von Undichtigkeiten und Defekten und ermöglichte den Druck von dünnen Wänden und komplexen, gekrümmten Formen. Mehr über das Projekt erfahren Sie in dem folgenden Video oder in der Forschungsarbeit HIER.

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*Titelbildnachweis: University of California San Diego