Roboterkatze aus dem 3D-Drucker

Die aufwendige Ästhetik des katzenartigen Körpers ließ sich nur mit 3D-Druck umsetzen. Foto: ETH Dyana

Schweizer Studenten haben durch die Verbindung von Animation, Robotik und 3D-Druck einen katzenartigen Roboter mit realistischen Bewegungen erschaffen.

Im Herbst 2020 traten in einem interdisziplinären, Dyana genannten Fokusprojekt der ETH Zürich und drei weiteren Schweizer Hochschulen insgesamt 14 Bachelor-Studierende mit dem Ziel an, einen einzigartigen Roboter zu entwerfen und zu bauen – einen Roboter, der durch intensivem Einsatz von Animation und 3D-Druck nicht nur wie eine Katze aussieht, sondern sich auch so bewegt.

Andrina Grimm und ihr Team haben den katzenartigen Roboter namens Dyana entwickelt und gebaut. Foto: Sintratec

Die Maschinenbaustudentin Andrina Grimm ist verantwortlich für das Mechanik- und Designteam und arbeitete an der Umsetzung der Hülle. „Unsere Vision ist es, Animation und Filmcharaktere durch agile Roboter zu verbinden, die sich in der realen Welt bewegen können“, erklärt Andrina Grimm. In diesem Bereich der so genannten Animatronik befasst sich das Team mit einem spezifischen Problem: Wie können computeranimierte Bewegungen von einem Roboter in der realen Welt wiedergeben werden?

In neun Monaten einen katzenähnlichen Charakter erschaffen

Wie bei den meisten Studierendenprojekten war der Zeitrahmen knapp bemessen. „Es war eine große Herausforderung für uns, in nur neun Monaten einen kompletten Roboter von Grund auf zu bauen – mit eigenen Beinen, Hüften und Schultermechanismen“, betont Andrina Grimm. Da Dyana ein Charakter sein soll, der verschiedene Emotionen zum Ausdruck bringen kann, wurde besonderes Augenmerk auf das Erscheinungsbild gelegt. Schnell wurde klar, dass der 3D-Druck unerlässlich ist, um die aufwendige Ästhetik des katzenartigen Körpers rechtzeitig zu realisieren. „Wir haben früh entschieden, die Freiheiten der additiven Fertigung zu nutzen“, so Grimm.

Mit 3D-Druck mehr Freiheiten und mehr Iterationen

Für den Bau ihres Prototypen setzte das Team auf verschiedene 3D-Druckverfahren: Multi Jet Fusion (MJF), Fused Deposition Modeling (FDM) und Selektives Lasersintern (SLS). „Unsere drei Kriterien für das 3D-Druckmaterial waren das Gewicht, die Designfreiheit und die kurze Herstellungszeit, damit wir schneller iterieren konnten“, erklärt Andrina Grimm. „Für unsere Außenhülle zum Beispiel haben wir sehr leichte Teile verwendet, weil wir dem ganzen System nicht noch mehr Masse zufügen wollten.“ Hier erwies sich SLS als die ideale Wahl für diese spezifischen Materialanforderungen.

Mit Animatronik wurden die computeranimierten Bewegungen in die reale Welt übertragen. Foto: ETH Dyana
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Lasergesinterte Roboterschenkel

Der Schweizer Hersteller Sintratec unterstützte das Projekt durch ein Sponsoring von 3D-gedruckten Komponenten, die auf dem Sintratec S2 System gesintert wurden. Dazu Andriana Grimm: „Die SLS-Technologie wurde für die Oberschenkel und Schultern verwendet Mit PA12 erhalten wir Teile, die stabil genug sind, damit der Roboter Stöße aushalten kann, und gleichzeitig flexibel genug, um gekrümmte Oberflächen zu ermöglichen.“

Nach dem Lackieren und dem Anbringen eines Silikonpolsters wurden die Oberschenkel an Dyana angebracht. Dank der zweiten Charge können die Studierenden nun die Bewegungen des Roboters ausgiebig testen und haben im Falle eines Bruchs einen schnellen Ersatz zur Hand.

Auch die Hülle wurde 3D-gedruckt

Üblicherweise wird die Hülle von Robotern thermoplastisch geformt. Dyana zeigt eindrucksvoll, dass es auch andere – vielleicht sogar bessere – Wege gibt. „In unserem Projekt haben wir gezeigt, dass es möglich ist, 3D-Druck für die Hülle eines Roboters zu verwenden, was bisher noch nicht gemacht wurde“, fasst Grimm zusammen und ergänzt: „Ich denke, dass diese Technologie ein großes Potenzial im Bereich der Robotik hat.“ Da das Projekt als Bachelorarbeit mehrerer Studierenden weitergeführt wird, dürften wir schon in naher Zukunft mehr von Dyana hören und sehen.

gk