Forschende der École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) in der Schweiz haben eine erstaunlich vielseitige und zugleich leichte Robotik‑Technologie vorgestellt: einen Elefantenroboter aus dem 3D-Drucker. Das 3D‑druckbare „lattice“ (Gitter‑)Gerüst besteht zwar nur aus einfachem Schaumstoff, kann aber gezielt so programmiert werden, dass es sowohl weiche als auch feste Gewebe simuliert – von einem flexiblen Rüssel bis zu starren Gelenken wie Hüfte oder Knie. Und der Name ist Programm – der süße Elefantenroboter kann u.a. Blumen mit seinem Rüssel aufheben, bewegt sich wie ein echter Elefant und sieht dazu einfach niedlich aus.
Das Geheimnis des Roboters liegt in den sogenannten Zellen – winzigen Einheiten eines Gitters, die in Form und Lage variabel sind. Die EPFL‑Forschende haben zwei Grundmodelle genutzt, body-centered cubic (BCC) und den X‑cube. Durch stufenloses Mischen dieser Strukturen und zusätzliches Rotieren oder Versetzen einzelner Zellen entsteht ein nahezu unendliches Spektrum mechanischer Eigenschaften. Ein Gitterwürfel mit vier Zellen liefert rund 4 Millionen Konfigurationen, bei fünf Zellen wächst die Zahl auf über 75 Millionen. „Dieser Ansatz ermöglicht die kontinuierliche räumliche Verschmelzung von Steifigkeitsprofilen und erlaubt eine unendliche Bandbreite an verschmolzenen Einheitszellen. Er eignet sich besonders gut für die Nachbildung der Struktur von Muskelorganen wie beispielsweise einem Elefantenrüssel“, so der Doktorand Benhui Dai über das Projekt.
Der Rüssel des Elefantenroboters kann u.a. eine Blume greifen
Das Zwischenspiel aus flexiblen und starren Druckteilen
Mithilfe dieser Flexibilität konnten die Robotiker einen mechanisch vielfältigen Elefantenroboter bauen. So bestehen bestimmte Segmente des Rüssels aus Spiral‑, Dreh‑ und Biegesektionen, die weiche, fließende Bewegungen ermöglichen, während andere Teile bewusst steifer gestaltet sind – ganz wie Knochen oder Sehnen. Besonders in der Medizintechnik ist solch eine Technologie von großem Nutzen, z.B. in der Herstellung von Prothesen. Mehrere Gelenktypen wurden nachgebildet: gleitende Ebenen (ähnlich Fußwurzelknochen), uniaxiale Biegungen wie im Knie und komplexe, biaxiale Bewegungen wie bei Zehengelenken.
Die Forschenden um Josie Hughes im CREATE Labor der EPFL betonen, dass dieses Verfahren eine neue Klasse mechanisch adaptiver Roboter ermöglicht. Die Kombination aus geringem Gewicht und variabler Steifigkeit macht es ideal für künftige mobile Systeme – etwa für Amphibien‑Robo‑Projekte, in denen Beweglichkeit in fluiden Umgebungen entscheidend ist. So Hughes: „Ähnlich wie bei einer Bienenwabe kann das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht des Gitters sehr hoch sein, was sehr leichte und effiziente Roboter ermöglicht. Die offene Schaumstruktur eignet sich gut für Bewegungen in Flüssigkeiten und bietet sogar die Möglichkeit, andere Materialien wie Sensoren in die Struktur zu integrieren, um den Schaumstoffen zusätzliche Intelligenz zu verleihen.“
Durch die spezielle Drucktechnologie ist es dem Roboter möglich, komplexe Bewegungen nachzuahmen
Ganz nah am echten Modell
Der Roboter zeigt beeindruckende Fähigkeiten: Sein weicher Rüssel kann greifen, verdrehen, biegen, während die starren Beine Stabilität verleihen und kräftige Bewegungen erlauben. Obwohl bislang keine direkt praktischen Einsätze genannt wurden, dürfte die Veröffentlichung in Science Advances viele Anwendungsfelder inspirieren: von weichen Greifarmen in der Medizin bis zu Roboterplattformen, die sich an wechselnde Lasten oder Umgebungen anpassen.
Die EPFL‑Forschung markiert damit einen wichtigen Schritt in Richtung bioinspirierter Robotik, bei der nicht nur Form, sondern auch mechanische Funktion durch Struktur‑Design bestimmt wird. Ein einziger Schaumstoff kann so zu einem adaptiven, muskel‑knochen‑ähnlichen System werden – und somit dem lebenden Vorbild auf beeindruckende Weise näher kommen. Mehr Informationen finden Sie HIER.
Was halten Sie von der zugleich immens wichtigen Forschung und dem süßen Elefantenroboter? Lassen Sie uns dazu einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf Facebook oder LinkedIN mit. Wenn Sie mehr zum 3D-Druck in der Medizin lesen möchten, schauen Sie auf unserer Landing Page vorbei. 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.
*Bildverweise: EPFL