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Soft-Roboter agiert wie die Zunge des Chamäleons

| Redakteur: Juliana Pfeiffer

Einen Soft-Roboter, der ebenso blitzschnell zupacken kann wie die Zunge eines Chamäleon haben Ramses Martinez von der Purdue University und sein Team entwickelt.

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Chamäleons schnappen mit ihrer bis zu 27 cm langen Zunge blitzschnell nach ihrer Beute. Ein Roboter tut es ihnen nach.
Chamäleons schnappen mit ihrer bis zu 27 cm langen Zunge blitzschnell nach ihrer Beute. Ein Roboter tut es ihnen nach.
(Bild: gemeinfrei / Pixabay)

Das Team um Ramses Martinez von der Purdue University haben neuartige Soft-Roboter entwickelt, die von Chamäleons inspiriert wurden. Die Roboter bestehen aus dehnbaren Polymeren, die Gummibändern ähneln. Im Inneren befinden sich pneumatische Kanäle, die sich unter Druck im Bruchteil einer Sekunde ausdehnen. Das Gebilde ähnelt einer Tröte, die sich abrollt, wenn man hineinbläst. Anschließend wickelt sie sich wieder auf.

Bei der Herstellung des Fangarms des Roboters wird das Polymer in eine oder mehrere Richtungen überdehnt. Die Pneumatik im Inneren hält ihn bis zu dem Zeitpunkt in Form, zu dem er „zuschlagen“ soll, und rollt ihn wieder auf. Das nimmt nur wenig mehr als eine Zehntel Sekunde in Anspruch. Die Zunge ist, wenn sie ausgefahren ist, fünfmal so lang wie der Roboter.

Ramses Martinez von der Purdue University und sein Team haben eine neue Klasse von Soft-Robotern entwickelt, die ebenso blitzschnell zupacken können wie ein Chamäleon.
Ramses Martinez von der Purdue University und sein Team haben eine neue Klasse von Soft-Robotern entwickelt, die ebenso blitzschnell zupacken können wie ein Chamäleon.
(Bild: Purdue University)

„Wir dachten, Industrieroboter könnten schneller und präziser arbeiten, wenn sie so schnell und zielgenau wären wie die Zunge des Chamäleons“, sagt Martinez. Normale Roboter seien eher schwerfällig. „Das wollten wir ändern“, sagt der Experte.

So funktioniert der Soft-Roboter:

Robotergreifer halten bis zum 100-fachen ihres Gewichts

Die elastische Energie machen sich auch viele Vogelarten zu Nutze, wie der Drei-Zehen-Specht. Dieser speichert in den gespannten Sehnen an der Rückseite seiner Beine die elastische Energie, so dass er beim Einschlafen nicht von einer Stange fallen kann. Die Anatomie dieser Vögel hat als Beispiel für die Herstellung von Robotergreifern gedient, die in der Lage sind, ohne Kraftaufwand bis zum 100-fachen ihres Gewichts zu halten und aus Winkeln von bis zu 116 Grad auf dem Kopf zu sitzen. Das Video zeigt den Robotergreifer:

Die Forscher entwickelten nach dem gleichen Prinzip auch einen Greifer, der einen mit einer Geschwindigkeit von zehn Millimetern pro Sekunde fliegenden Ball innerhalb von 65 Millisekunden mit traumwandlerischer Sicherheit fängt, wie das Video zeigt:

Ebenso bauten sie die Venusfliegenfalle nach, eine fleischfressende Pflanze, die blitzschnell zuschnappt, wenn ein Insekt hineingerät. Der Soft-Roboter-Nachbau braucht ganze 50 Millisekunden, um sich zu schließen, zu sehen im Video:

Martinez sieht in den neuen vorgespannten Softroboter verglichen mit bestehenden Softrobotersystemen mehrere Vorteile:

  • Die Softroboter greifen, halten und manipulieren Objekte mit hoher Geschwindigkeit.
  • Mit der in ihrer vorgespannten Elastomerschicht gespeicherten elastischen Energie können sie Objekte bis zum 100-fachen ihres Gewichts halten, ohne dabei externe Energie zu verbrauchen.
  • Ihre weiche Haut kann leicht mit rutschfesten Mikrospikes gemustert werden, was ihre Traktion deutlich erhöht und es ihnen ermöglicht, über einen längeren Zeitraum auf dem Kopf zu sitzen und die Beute zu fangen.

„Wir gehen davon aus, dass die hier vorgeschlagenen Konstruktions- und Fertigungsstrategien den Weg zu einer neuen Generation von völlig weichen Robotern ebnen werden, die in der Lage sind, elastische Energie zu nutzen, um Geschwindigkeiten und Bewegungen zu erreichen, die für bestehende Roboter derzeit nicht zugänglich sind“, sagte Martinez.

Das Video zeigt die Entwicklung der Soft-Roboter:

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