Robotik

Ein humanoider Roboter aus dem 3D-Drucker

| Redakteur: Katharina Juschkat

Humanoide Roboter eignen sich für die menschliche Interaktion besonders, deshalb will das Projekt die Bewegung und Flexibilität von Robotern menschlicher machen.
Humanoide Roboter eignen sich für die menschliche Interaktion besonders, deshalb will das Projekt die Bewegung und Flexibilität von Robotern menschlicher machen. (Bild: EOS/Adrian Baer)

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Um Roboter humanoider zu machen, hat sich das Forschungsteam Roboy der TU München mit dem 3D-Druck-Hersteller EOS zusammengetan – gemeinsam entwickeln sie Roboter, die Sehnen statt Motoren besitzen und aus dem 3D-Drucker stammen.

Das Forschungsprojekt Roboy der TU München konstruiert einen Roboter, der sich genauso bewegt wie ein Mensch. Damti das Projekt gelingt, will das Team die Roboy-Modelle iterativ, also schrittweise herstellen, bis ihre Geschicklichkeit, Widerstandsfähigkeit und Flexibilität denen eines Menschen ähneln. Unterstützung bekommen die Forscher von der Schweizer Gesellschaft Devanthro und dem 3D-Druck-Unternehmen EOS, denn mithilfe der additiven Fertigung kann ein Prototyp schnell und einfach getestet werden.

3D-Druck ermöglicht schnelle Hardwareentwicklung

Der Körperaufbau des Prototypen Roboy Junior stammt aus dem 3D-Drucker – damit können die Forscher schnell und modular weitere Modelle herstellen.
Der Körperaufbau des Prototypen Roboy Junior stammt aus dem 3D-Drucker – damit können die Forscher schnell und modular weitere Modelle herstellen. (Bild: EOS/Adrian Baer)

Der erste Prototyp, Roboy Junior, hat Muskeln und Sehnen anstelle von Motoren in den Gelenken. Die Konstrukteure haben den gesamten Körperaufbau des Roboy additiv mit EOS-Systemen zur Kunststoffverarbeitung gefertigt. Der Körperaufbau dient als Gehäuse für die Muskeln und Sehnen. Durch den Einsatz eines industriellen 3D-Druckers konnten komplexe, funktionale Geometrien erstellt werden.

„Bei der Softwareentwicklung kann Software durch schnelle Entwicklungszyklen direkt getestet und so verbessert werden“, erläutert der Roboy-Projektleiter Rafael Hostettler. „Durch Additive Fertigung können wir das auch in der Robotik anwenden und eine schnelle Hardwareentwicklung ermöglichen: Ein Bauteil wird gefertigt, am Roboy getestet und bei Bedarf verbessert. So lassen sich in einem Bruchteil der Zeit optimal funktionierende Teile finden.“

Aufgrund der maximalen mechatronischen Komplexität des Roboy auf engem Raum können einige Projektanforderungen in einer Simulation nicht überprüft werden. Daher muss das Entwicklungsteam den Roboter in einer realen Umgebung testen. Die Komponenten können dafür mit dem 3D-Drucker hergestellt werden, wodurch das Entwicklungsteam die Roboterkonstruktion modularisieren kann.

Der 3D-Druck gestattet komplexe Strukturen, die gleichzeitig extrem leicht und stabil sein können. Die Technologie gewährt viel Designfreiheit, Funktionsoptimierung und -integration und ermöglicht das Herstellen kleiner Losgrößen zu wirtschaftlichen Stückkosten. Mithilfe des 3D-Drucks kann das Roboy-Team Funktionen direkt in die Bauteile ohne die Fertigungsbeschränkungen anderer Herstellungsverfahren implementieren. Eine Funktion lässt sich dadurch mit weniger Bauteilen realisieren, ein Großteil der sonst nötigen Montageschritte fällt weg. Die Hände und Unterarme des Roboy beispielsweise fertigte das Team in einem Stück, einschließlich mehrerer Gelenke und der einzelnen Fingerglieder.

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Mit menschenähnlichen Roboter intuitiver interagieren

Mit wachsenden Fortschritten im Bereich der künstlichen Intelligenz und der Robotik können Roboter in Zukunft eine zunehmend wichtigere Rolle sowohl in der Gesellschaft als auch in der Arbeitswelt spielen – vor allem besonders gefährliche oder repetitive Aufgaben könnten von Robotern übernommen werden. Dabei bringen Roboter mit einem menschenähnlichen Aufbau entscheidende Vorteile gegenüber klassischen Ansätzen in der Robotik mit sich. In erster Linie ist der menschliche Bewegungsapparat eine bewährte Lösung, die geschickte, dynamische und stabile Roboter hervorbringen kann. Ein menschenähnlicher Roboter erleichtert auch die Interaktion zwischen Mensch und Maschine und macht sie intuitiver und natürlicher. Über Jahrhunderte hinweg hat der Mensch seine Umgebung an seine Bedürfnisse angepasst. Daher lassen sich humanoide Roboter einfacher in diese Umgebung integrieren, wodurch kostspielige Anpassungen entfallen. Darüber hinaus könnten Roboter, die mit der menschlichen Anatomie kompatibel sind, die Mobilität von Personen steigern und wiederherstellen, beispielsweise durch den Einsatz von Exoskeletten und Prothesen.

Dr. Adrian Keppler, Chief Marketing Officer (CMO) bei EOS, erläutert: „Viele Unternehmen konzentrieren sich auf die Entwicklung künstlicher Intelligenz, aber nur wenige Projekte beschäftigen sich mit der Entwicklung humanoider Roboter in der Form, wie es das Roboy-Projekt tut. Die Additive Fertigung zeigt dort ihre Stärken, wo die konventionelle Fertigung an Grenzen stößt und setzt an den Stellen an, wo Konstruktion, Design und Fertigung neu durchdacht werden müssen, um Lösungen zu finden.“

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