Biorobotics – Robotik, welche die Bewegungen der Natur imitieren

Der 3D-Druck bietet in vielen Industrien zahlreiche Vorteile und Möglichkeiten. Wir berichten oft über die Anwendungen in der Automobilbranche, der Luft- und Raumfahrt und weiteren großen Industrien. Ein anderer Bereich, der die neue Technologie ausnutzt ist die Robotik. So nutzte bereits das Bionik-Team von Festos den 3D-Druck für die Weiterentwicklung ihrer tierähnlichen Exemplare.

Biorobotics ist ein Labor, welches sich auf die Entwicklung und Erforschung von Biorobotern spezialisiert hat. Das Ziel der Forscher ist es, die Fortbewegung zu reproduzieren und sich so möglichst energieeffizient fortzubewegen.

Vor einigen Monaten präsentierten sie in Zusammenarbeit mit dem BBC einen Roboter für die Aufnahme des Dokumentarfilms „Spy in the Wild“. Ein riesiger Krokodilroboter, welcher die Natur infiltrierte und den Forschern so mehr Informationen über das Leben der Tiere zu geben. Wir haben mit Kamilo Melo, einem der Biorobotik-Forscher reden können. Er erzählte uns ausführlich über einige Entwicklungsprozesse der Roboter und den Einfluss des 3D-Drucks.

3DN: Können Sie sich kurz vorstellen und uns sagen, wie die Idee der Biorobotics entstanden ist?

Kamilo Melo

Hallo, mein Name ist Kamilo Melo, ich bin Postdoc des Biorobotics Laboratory an der EPFL in Lausanne, Schweiz.

Biorobotics ist für mich ein Kreislauf. Wir setzen Roboter ein, um die Biologie besser zu verstehen und knifflige Fragen darüber zu lösen, wie sich Tiere bewegen. Aber gleichzeitig extrahiert sie Grundprinzipien aus der Natur, um besser konstruierte Maschinen zu schaffen, die sowohl in der Wissenschaft als auch in der Gesellschaft Wirkung zeigen.

3DN: Was sind die aktuellen Projekte der Biorobotics und welchen Nutzen haben sie?

Wir sind besonders daran interessiert, viele Probleme im Zusammenhang mit der Fortbewegung bei Tieren zu entschlüsseln. Zum Beispiel arbeite ich mit Neunauge-Robotern, um besser zu verstehen, wie dieses primitive Tier Schwimm-Controller entwickelt und entwickelt hat, die nicht nur neuronale Schaltkreise und neuro-muskuläre Aktivität integrieren, um ihr Schwimmverhalten zu erzeugen. Aber auch, wie es in der Lage war/ist, sensorische Informationen der Umgebung (z.B. Wasserdurchfluss und hydrodynamischer Druck) in ihre Steuerungen zu integrieren, um die Robustheit des Schwimmens zu erhöhen. Ich arbeite auch mit der treuen Nachbildung von Salamandern und anderen ausladenden Haltungstieren in Robotersystemen. Wir benutzten echte Salamander, um zu untersuchen, wie sich ihre Knochen bewegen (mit Röntgenstrahlen), um einen skalierten Roboter zu entwickeln, der ihre Bewegungen repliziert und versteht. Ebenso verwenden wir diese Technologie, um eine Nachbildung eines fossilisierten Tieres zu erstellen und zu verstehen, wie es sich vor 350 Millionen Jahren bewegt hat (beide Bio-Roboter verwendeten die 3D-Drucktechnologie).

Dieser Bioroboter wurde für die BBC Dokumentation genutzt und hielt den Bedingungen ganze zwei Wochen stand

Mit all diesem Know-how haben wir einen Krokodilroboter entwickelt, der vom BBC in einer Wildtierdokumentation in Afrika eingesetzt wurde. Der Dokumentarfilm heißt Spy in the Wild. Unser Krokodilroboter überlebte 2 Wochen Dauerbetrieb unter widrigsten Umständen. Wasser, Schlamm und Staub sind die perfekte Demonstrationen für die Robustheit dieses Roboters im Außenbereich. Alle Lehren, die wir aus den Erfahrungen mit diesem Roboter im Feld gezogen haben, haben uns veranlasst dieses Fachwissen für die Konstruktion eines ausladenden Haltungsroboters für Katastropheneinsätze zu nutzen. Wir sind in der Lage, durch enge Gänge, kleine Öffnungen und sogar in den Trümmern eines überfluteten Katastrophenszenarios zu schwimmen. Wir hoffen, dass unsere Technologie eines Tages Leben retten kann.

Die Technologie kann sich viel von den natürlichen Bewegungen abgucken

3DN: Welche Bedeutung hat der 3D-Druck bei Ihrer gesamten Entwicklung und welche Technologien verwenden Sie?

Nicht alle unsere Roboter verwenden 3D-Druckteile. Die 3D-Drucktechnologie war jedoch ein guter Weg für uns:

• Rapid Prototyping von Roboter-Konstruktionskonzepten.
• Sie helfen uns enorm bei der Erstellung von Prüfständen und Teilen für Experimente und Messungen von Roboterteilen.
• Sie geben den richtigen Look, den wirRobotern geben wollen. So entsteht sogar eine Marke für unser Labor, die uns von anderen Bio-Robotern unterscheidet.
• Sie erstellen schnell Ersatzteile von Roboterteilen während langer experimenteller Kampagnen.
• Sie erstellen Sie Formen für Weichstoffteile, die Teil unserer Roboter sind.
• Die Technologie, die wir verwenden, ist die normale additive Herstellung mit ABS und Polyadmiden und das Lasersintern.

3DN: Was sind die zukünftigen Projekte von Biorobotics?

Die Zukunft der Biorobotik: Wie in Frage eins erwähnt, ist dies ein Zyklus. Wir wollen nicht nur die kniffligsten Fragen darüber lösen, wie sich Tiere bewegen, sondern auch so viel wie möglich von der Natur lernen und diese Ideen in die Entwicklung neuer Roboter, neuer Materialien und neuer Verhaltensweisen einbringen, um den Kreis zu schließen und der Gesellschaft einen Mehrwert zu bringen. Gemeinsame Bereiche, die für uns von besonderem Interesse sind, sind muskelähnliche Betätigung. Wir möchten bessere und leistungsfähigere Stellglieder entwickeln, die eine Energieeffizienz in der Nähe der tierischen Muskeln aufweisen, ohne zu viel Energie zu verbrauchen.

Ebenso möchten wir die Auswahl der Materialien und Fertigungstechniken verbessern, um leichte und robuste Strukturen zu erzeugen, ähnlich Knochen und anderen Geweben, die bei Tieren vorkommen (dazu gehören weiche Materialien, Steifigkeitsgradientenmaterialien), die in Robotern repliziert werden können. Wir glauben, dass uns die 3D-Fertigungstechnologien in diesen Bereichen sehr helfen wird. Schließlich ist die Verbesserung der Steuerungen sowohl aus der Natur extrahiert, oder durch strenge technische Prozesse, die es uns ermöglichen, schneller in den Verarbeitungszeiten und glatter in der Lösung, in Echtzeit, die Wechselwirkungen des physikalischen Roboters mit der Umwelt zu verstehen.

3DN: Haben Sie noch ein paar abschließende Worte für unsere Leser?

Der Bau von Robotern ist eine faszinierende Welt. Wir haben viele Techniken für die Herstellung von Robotern und der 3D-Druck ist definitiv einer der leistungsfähigsten. Ich ermutige die Leser, sich mit der Entwicklung von Robotern und der Integration von schönen Materialien, großartigen Fertigungstechniken, Betätigung und Steuerung zu beschäftigen. Darüber hinaus werde ich den Lesern empfehlen, sich nicht zu 100% auf den 3D-Druck zu verlassen. Dies kann sowohl für den Roboter als auch für die Tasche ein Overkill sein. Das Aussehen des Roboters ist nichts Wichtiges im Vergleich zu seiner Funktionalität. Bitte achten Sie zunächst auf die Funktionalität und kombinieren Sie Fertigungstechniken, bei denen der 3D-Druck sein ganzes Potenzial für bestimmte Teile einbringt, während einfache und konventionellere Fertigungstechniken wie das einfache Hinzufügen eines Metall- oder Kohlefaserstabes eine bessere Lösung sein können. Die Kombination der beiden Techniken macht Ihre Designs robuster, billiger und funktionaler. Die beste Integration vom Ingenieurwesen.

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