Autonomer Roboter aus dem 3D-Drucker

Kürzlich haben Forschende an der University of California, San Diego, einen Roboter entwickelt, der eigenständig laufen kann. Das Besondere – er wurde mithilfe der additiven Fertigung hergestellt. Die Forschenden konnten den autonomen Roboter in einem einzigen Druckvorgang auf einem Desktop-3D-Drucker drucken. Selbst bei Ressourcenknappheit gilt also: die additive Fertigung hat das Potential, materialsparend komplexe Endprodukte zu erstellen.

Das obige Beispiel ist zudem nicht der einzige Roboter, der mit 3D-Druck hergestellt wurde. In den letzten Jahren haben sich Projekte in diesem Bereich aufgrund der Flexibilität der Technologie und der Möglichkeit, kostengünstige Materialien und Maschinen zu verwenden, vervielfacht. So berichteten wir bereits über den FiloBot, der wie eine Pflanze wachsen kann, oder dem I-Seed, der von Samen inspirierte 4D-Roboter, der Böden analysieren und sich an sie anpassen kann. Doch zurück zu den Forschenden der University of California – im Folgenden zeigen wir Ihnen, wie der autonome Roboter genau gebaut wurde.

Schaubild des autonomen Roboters

Erste Schritte des monolithischen, autonomen Roboters aus dem 3D-Drucker

Forschende an der University of California haben sich der Herausforderung gestellt, einen kompletten (auch monolithisch, also aus einem Stück bestehend) und autonomen Roboter zu drucken.  Denn: die vollautomatische Herstellung von Robotern begeistert die Forschung schon seit langem. Sie hat das Potential, mehrere Branchen zu revolutionieren, darunter die Fertigung, das Bauwesen, die Katastrophenhilfe und die Weltraumforschung. Der 3D-Druck bietet nun einen vielversprechenden Ansatz für die Automatisierung, doch das Drucken von monolithischen und komplexen Robotern aus verschiedenen Materialien ist nach wie vor begrenzt.

Im Allgemeinen werden für den 3D-Druck von Robotern fluidische, d. h. luftgefüllte Steuerkreisläufe verwendet, die jedoch komplexe Verfahren und Materialien erfordern. Zudem müssen die unterschiedlichen Bauteile anschließend von Hand zusammengesetzt werden. Das macht den Prozess schwer reproduzierbar und unzugänglich für Nicht-Experten. Roboter, welche sich fortbewegen können, kämpfen ebenfalls noch mit unebenem Gelände, da sie mit sich wiederholenden und präzise koordinierten Bewegungen programmiert wurden. Unebenes Gelände unterbricht diese Bewegungen, was Laufroboter schnell zum Stolpern bringt.

Neuere Studien, darunter auch die der University of California, haben daher begonnen, den 3D-Druck zur Herstellung von Roboterteilen mit bereits integrierten Schaltkreisen zu nutzen. Konkret schlagen die Forschenden vor, einen 3D-gedruckten pneumatischen Oszillator, der mit Druckluft arbeitet, zu nutzen. Dieser ist in der Lage, eine synchronisierte Bewegung der Roboterbeine zu erzeugen, ohne dass dafür weitere elektronische Teile eingebaut werden müssen. Der so entstandene Roboter ist vollständig 3D-gedruckt, muss anschließend nicht zusammengebastelt werden und kann dank des Oszillators über unebenes Gelände laufen.

Doch damit nicht genug, die Forschende haben auch eine weitere Herausforderung in Bezug auf Zugänglichkeit und Nachhaltigkeit überwunden: Der Roboter wurde in 58 Stunden auf einem herkömmlichen FFF-Desktopdrucker mit TPU gedruckt. Nach dem Druck musste der Roboter weder zusammengebaut noch nachbearbeitet werden und war sofort einsatzbereit. Die Forschenden schlossen ihn anschließend an eine C02-Quelle an. Diese gab dem Endprodukt schlussendlich seine „Beine“ – Druck wurde mithilfe der Gasquelle erzeugt und sorgte dafür, dass sich der Roboter bewegen konnte. Auch war er in der Lage, im Freien zu laufen und Oberflächen wie Sand, Gras und sogar Wasser zu überqueren.

Diese, wenn auch experimentelle, Forschung ist ein großer Schritt für die weitere Entwicklung von Softrobotern. Sie sind einfacher herzustellen, anpassbar, umweltfreundlich und sofort einsetzbar, auch ohne fortgeschrittene technische Kenntnisse – und auch  ohne ein großes Budget zu benötigen. Wir können es kaum erwarten, die nächsten Entwicklungen der Forschenden zu verfolgen.

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*Bildnachweise University of California