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Faszination Robotik Bionische Schildkröte zeigt, wie Robotik ohne Elektronik funktioniert

Von Sandro Kipar 2 min Lesedauer

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Festo SE & Co.KG
SAB Bröckskes GmbH & Co KG
dataTec AG
PEAK-System Technik GmbH

In unserer Rubrik „Faszination Robotik“ präsentieren wir Ihnen einmal im Monat außergewöhnliche Roboter. Heute: Eine mit Druckluft bewegte Schildkröte.

Sebastian Schrof ist Industriedesigner im Bionik-Team von Festo. Zu seinem ersten Projekt gehörte schon die Bionic Ant. (Bild: Sandro Kipar/VCG)
Sebastian Schrof ist Industriedesigner im Bionik-Team von Festo. Zu seinem ersten Projekt gehörte schon die Bionic Ant.
(Bild: Sandro Kipar/VCG)

Der Bionic Turtle Walker von Festo ist kein üblicher Laufroboter auf vier Beinen, wie wir ihn zum Beispiel von Boston Dynamics kennen. Er folgt statt dem Hund eher den Bewegungsprinzipien der Landschildkröte und arbeitet ganz ohne klassische Elektronik, ohne Zahnräder, ohne Akku. Die Bewegung wird von einem pneumatischen Logikmodul gesteuert.

In der Natur laufen Landschildkröten im sogenannten Kreuzgang: diagonal gegenüberliegende Beine bewegen sich synchron, das Tier schlängelt sich voran. Festo adaptiert dieses Prinzip im Bionic Turtle Walker: Bei Zufuhr von Druckluft werden die diagonal liegenden Beine parallel nach unten gedrückt, wodurch das System sich nach vorn schiebt, ganz analog zur Reptilienbewegung.

Pneumatisches Logikmodul als Herzstück

Das eigentliche „Gehirn“ des Roboters ist ein pneumatisches Logikmodul, das die Bewegungsabfolge der vier Beine steuert – ohne Ventile, ohne elektrische Steuerung und mit nur einem Anschluss für die Druckluftversorgung. Diese Module basieren auf zwei Ventilkammern, mit denen elementare boolesche Operationen abgebildet werden können. So lassen sich logische Steuerungsoperationen direkt im pneumatischen Raum realisieren.

Was sind boolesche Operationen?

Boolesche Operationen sind die Grundlage der digitalen Logik. Sie beruhen auf dem Prinzip wahr (1) oder falsch (0) – benannt nach dem Mathematiker George Boole. Mit einfachen logischen Verknüpfungen lassen sich Entscheidungen abbilden:

  • AND (UND): Ergebnis ist nur wahr, wenn beide Eingaben wahr sind.
  • OR (ODER): Ergebnis ist wahr, wenn mindestens eine Eingabe wahr ist.
  • NOT (NICHT): Kehrt den Wert um – aus wahr wird falsch, aus falsch wird wahr.

In der Automatisierung werden diese Operationen meist elektrisch oder elektronisch umgesetzt. Beim Bionic Turtle Walker übernimmt dagegen ein pneumatisches Logikmodul diese Funktion

Der große Vorteil: Das Modul kann direkt aus flexiblem Material additiv gefertigt werden, ist kosteneffizient, braucht vergleichsweise geringen Druck und reduziert deutlich die Systemkomplexität und Betriebskosten gegenüber klassischen Ansätzen.

Alle Komponenten – Panzer, Beine, Logikmodul – bestehen aus thermoplastischem Polyurethan (TPU). Dieses Material kombiniert Elastizität (ähnlich Gummi) mit den mechanischen Eigenschaften von Kunststoff: flexibel, langlebig, belastbar. Das Logikmodul kann flächenweise Belastungen bis etwa 900 kg aushalten, öffnet also einen erstaunlichen Stabilitätsspielraum trotz seiner Flexibilität. Nach Verformung kehrt es in seinen Ursprungszustand zurück.

Potenzial, Herausforderungen und Einsatzszenarien

Der Bionic Turtle Walker zeigt vor allem eines: Pneumatische Logikmodule eröffnen völlig neue Einsatzfelder, insbesondere dort, wo klassische, elektrisch gesteuerte Systeme an ihre Grenzen stoßen. Das heißt: in weichen Robotern, in Anwendungen, die hohe Flexibilität, Robustheit gegenüber Stößen oder kollaborative Sicherheit verlangen. Ein einzelnes Modul kann etwa einen pneumatischen Greifer öffnen oder schließen. In größeren Systemen lassen sich mehrere Module kombinieren, direkt in weiche Roboterelemente integrieren oder als Block fertigen.

Solche Systeme könnten besonders dort interessant sein, wo elektrische Steuerungen ausfallen könnten, etwa in Umgebungen mit Explosionsschutzanforderungen, Feuchtigkeit, EMV-Störungen oder sehr kleinen räumlichen Gegebenheiten. Auch in der Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) kann das weiche, nicht elektrisch gesteuerte System Vorteile bringen, gerade wenn Sicherheitsaspekte im Vordergrund stehen.

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