Hannover Messe 2025 Smarte Robotergreifer sparen Energie

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Energie ist für die Industrie ein großer Kostenfaktor. Hoher Verbrauch macht die Produktion teuer und belastet das Klima. Einsparpotenzial bietet eine an der Universität des Saarlandes entwickelte Roboter-Technologie, die bis zu 90 Prozent weniger Strom verbraucht als heutige Systeme.

Das Team der Professoren Stefan Seelecke und Paul Motzki von der Universität des Saarlandes zeigt auf der Hannover Messe 2025, wie ihre Formgedächtnistechnik leichte, große wie miniaturisierte Greifsysteme ermöglicht, die ohne zusätzliche Sensoren auskommen. Sie halten Bauteile zuverlässig ohne Druckluft, fassen sogar flexibel nach – und brauchen Strom nur als kurze Impulse.

Die Forschenden zeigen einige Prototypen von Robotergreifsystemen, darunter Vakuumgreifer und Zangengreifer, die Werkstücke energielos und sicher festhalten und handhaben können. „Wir können diese Greifsysteme in Hochgeschwindigkeit ansteuern, dabei genügen kurze Stromimpulse“, erläutert Paul Motzki, Professor für smarte Materialsysteme für innovative Produktion der Universität des Saarlandes und Zema-Geschäftsführer.

Formgedächtnislegierung fungiert als künstlicher Muskel

In den voll elektrischen Greifsystemen kommen Bündel haarfeiner Drähte aus der Formgedächtnislegierung Nickel-Titan zum Einsatz: Sie fungieren als kraftvolle künstliche Muskeln und zugleich Nervenfasern für die Technik. Möglich wird dies durch eine besondere Eigenschaft der Drähte: Nickel-Titan besitzt zwei Kristallgitter. Geben die Forscher einen Stromimpuls in solch einen Draht, erwärmt er sich, seine Gitterstruktur wandelt sich von einer in die andere um. Weil die eine Struktur kürzer ist, zieht der Draht sich zusammen. Schalten sie den Strom ab, kühlt der Draht ab, wechselt die Gitterstruktur und wird lang wie zuvor: Er „erinnert“ sich also an seine andere Form. Und dadurch kann der Draht auf winzigem Raum viel ziehen, er vollzieht mit der richtigen, ausgefeilten Mechanik drumherum winzige Bewegungen.

Forscher halten Weltrekord in Sachen Zugkraft

„Die Formgedächtnislegierung Nickel-Titan hat von allen Antriebsmechanismen die höchste bekannte Energiedichte. Wir bringen damit in sehr kleinen Dimensionen eine hohe Zugkraft auf“, erklärt Paul Motzki die Muskelkraft der Drähte. So kann ein mit 500 Mikrometern etwas dickerer Draht mit einer Kraft von mehr als 100 Newton ziehen, also über 10 Kilogramm. Die Forscher bündeln mehrere erheblich dünnere, haarfeine Drähte, da diese im Bündel wegen der größeren Oberfläche schneller abkühlen. Dadurch bewirken sie schnelle Bewegungen mit hohen Frequenzen und stabile Zugkraft.

Tatsächlich halten die Saarbrücker Ingenieure hier einen Weltrekord: Bei 20 Drähten mit einem Durchmesser von 25 Mikrometern in einem Bündel erreichen sie eine Zugkraft von fünf Newton, die sie mit einer Frequenz von satten 200 Herz ansteuern. Je nach Anwendung, also je nachdem, ob sie hohe Kräfte oder hohe Frequenzen brauchen, stimmen die Forscher die Zusammensetzung der Drahtbündel nach Dicke und Zahl der Drähte ab – ein Ergebnis mehrjähriger Forschung.

Antriebe für Industrieroboter

Mit neuartigen Steuerungs- und Designstrategien entwickeln die Ingenieure mit den Formgedächtnisdrähten Antriebe für leichte, wendige und reinraumtaugliche Industrieroboter. In zahlreichen Forschungsprojekten und Doktorarbeiten feilen sie ihre Verfahren immer weiter aus und entwickeln elastische Greifsysteme, die ihre Finger flexibel bewegen und sich auch wechselnden, verschieden geformten Werkstücken schnell anpassen können.

KI erkennt Position

Das hierzu nötige Sensorsystem tragen diese Greifer bereits in sich. Die Technik kommt ohne Sensoren aus. Die Steuerung läuft über einen Halbleiterchip. „Die Drähte liefern selbst alle nötigen Daten, die Sensoreigenschaften sind also automatisch integriert. Künstliche Intelligenz ordnet jedem Messwert des elektrischen Widerstands eine bestimmte Deformation der Drähte zu. Dadurch erkennt das System zu jeder Zeit die genaue Position eines Drahtbündels. Die neuronalen Netze, die wir hierzu mit Trainingsdaten füttern, rechnen effizient und genau, auch bei Störeinflüssen“, erklärt Paul Motzki. Hierdurch können die Ingenieure präzise Bewegungsabläufe programmieren: Indem sie den Widerstand vorgeben, steuern sie den Draht beliebig an.

Energieeinsparung von über 90 Prozent möglich

Punktgenau und schnell bewegt sich etwa der Zangengreifer-Prototyp für die industrielle Anwendung, den die Forscher auf der Hannover Messe zeigen. Er greift Werkstücke wie eine Zange und hält sie sicher fest, so dass ein Roboterarm damit hantieren und seine Aufgaben erledigen kann. Er erreicht in diesem Prototyp eine Greifkraft von vier Newton – die Technik ist jedoch skalierbar in Größe, Hub und Kraft, winzige wie große Greifer sind möglich. Die Drähte ermöglichen Positionserkennung des Greifers und Zustandsüberwachung ohne Sensoren. Für das Halten selbst verbraucht der Greifer keinen Strom. Im Vergleich zu einem heute üblichen pneumatischen Standardgreifer kann diese Technologie je nach Greifanwendung eine Energieeinsparung von über 90 Prozent einbringen.

Hannover Messe 2025: Halle 2, Saarland-Stand B10

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