3D-Druck ersetzt elektrische Steuerung in Softrobotern
Forschungsteam der Universität Freiburg entwickelt 3D-gedruckte pneumatische Logikmodule, die die Bewegungen von Softrobotern allein durch Luftdruck steuern.
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Softroboter können in Zukunft Aufgaben übernehmen, an denen herkömmliche Roboter scheitern. Die weichen Roboter könnten in schwer zugänglichem Gelände und in Umgebungen zum Einsatz kommen, in denen sie etwa Chemikalien oder Strahlung ausgesetzt sind, die elektronisch gesteuerten Robotern aus Metall schaden würden.
Dafür ist es notwendig, dass diese Softroboter ohne jegliche Elektronik steuerbar sind. Dies stellt in der Entwicklung bisher noch eine Herausforderung dar. Ein Forschungsteam der Universität Freiburg hat nun 3D-gedruckte pneumatische Logikmodule entwickelt, die die Bewegungen von Softrobotern allein durch Luftdruck steuern.
3D-gedruckte Module imitieren eine elektrische Steuerung
Diese Module ermöglichen eine logische Schaltung des Luftstroms und können so eine elektrische Steuerung imitieren. Mit den Modulen ist dem Team um Dr. Stefan Conrad, Dr. Falk Tauber, Joscha Teichmann und Prof. Dr. Thomas Speck vom Exzellenzcluster „Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems (livMatS) zum ersten Mal möglich, flexible und elektronikfreie Softroboter vollständig im 3D-Drucker mit Filament aus konventionellem Druckmaterial herzustellen.
„Unser Design ermöglicht es allen, die Erfahrung im 3D-Druck haben, solche Logikmodule herzustellen und für die Steuerung eines Softroboters zu verwenden, ohne dass dafür eine High-End-Druckausrüstung nötig ist“, sagt Conrad. „Dies markiert einen bedeutenden Schritt hin zu völlig elektronikfreien pneumatischen Steuerkreisen, die künftig immer komplexere elektrische Komponenten in Softrobotern ersetzen können.“
Module leiten Luftstrom gezielt in Bewegungselemente
Die Module bestehen aus zwei Kammern, die unter Druck stehen. Zwischen diesen Kammern verläuft ein 3D-gedruckter Kanal. Indem die Kammern auf den Kanal drücken, können sie den Luftfluss darin unterbinden und diesen so wie ein Ventil regulieren. Durch das gezielte Öffnen und Schließen des Ventils können die Module ähnlich wie elektrische Schaltungen die booleschen, logischen Funktionen „und“, „oder“ und „nicht“ ausführen und gezielt Luftstrom in die Bewegungselemente des Softroboters lenken.
Welche Funktion das einzelne Modul ausführt, wird dadurch festgelegt, in welche Kammern Luftdruck gegeben wird. Je nach gewähltem Material können die Module mit einem Druck zwischen 80 und mehr als 750 Kilopascal betrieben werden. Dabei haben sie eine im Vergleich zu anderen pneumatischen Systemen schnelle Reaktionszeit von etwa 100 Millisekunden.
Vielfältige Anwendungsmöglichkeiten für Softroboter
„Die Anwendungsmöglichkeiten dieser Module sind enorm. Wir haben einen flexiblen, 3D-gedruckten robotischen Läufer entwickelt, der durch einen integrierten Schaltkreis per Luftdruck gesteuert wird. Wie nachgiebig die Logikmodule sind, zeigt sich daran, dass dieser Läufer sogar die Last eines Autos aushält, das über ihn fährt“, so Tauber. „Als Beispiel für komplexere Steuerungen haben wir zusätzlich einen elektronikfreien Getränkespender entwickelt.“ gk
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