Umgang mit heiklen Angelegenheiten

Das Aufkommen der Soft-Robotik stellt einen großen Fortschritt auf dem Gebiet der Robotik dar, insbesondere wenn es um die Handhabung und Manipulation empfindlicher Objekte geht, die durch herkömmliche, starre Roboter anfällig für Beschädigungen wären. Weiche Roboter bestehen aus flexiblen Materialien und nachgiebigen Strukturen, sodass sie sanfter und anpassungsfähiger mit Objekten interagieren können. Diese Funktion ist besonders vorteilhaft in Branchen wie der Lebensmittelverarbeitung, medizinischen Anwendungen und heiklen Montageprozessen, in denen die Integrität von Objekten von großer Bedeutung ist.

Es gibt jedoch einen Kompromiss bei der Nutzung weicher Robotik für die Manipulation empfindlicher Objekte. Während die Sanftheit von Softrobotern ihre Stärke ist, wird sie auch zu ihrer Einschränkung in Bezug auf Leistung und Präzision. Herkömmliche, starre Roboter sind in der Regel in der Lage, mehr Kraft auszuüben und eine höhere Präzision in ihren Bewegungen zu erreichen. Dieser Mangel an Festigkeit und Präzision bei Soft-Robotern kann ihre Anwendung bei Aufgaben einschränken, die erhebliche Kraft erfordern, wie etwa schweres Heben oder industrielle Montage mit engen Toleranzen.

Um diesen Kompromiss anzugehen, suchen Forscher und Ingenieure kontinuierlich nach innovativen Lösungen. Bei einigen Ansätzen handelt es sich um Hybridsysteme, die die Vorteile weicher und starrer Robotik kombinieren und so Roboter mit variabler Steifigkeit schaffen, die ihre Fähigkeiten an die spezifische Aufgabe anpassen können. Darüber hinaus werden Fortschritte bei Steuerungsalgorithmen und Materialien vorangetrieben, um die Stärke und Präzision von Soft-Robotern zu verbessern und gleichzeitig ihre empfindlichen Handhabungseigenschaften beizubehalten.

Allerdings müssen bestehende Systeme das Problem, weiche Robotergreifer zu bauen, die präzise arbeiten und schwere Objekte handhaben können, noch vollständig lösen. Vielversprechende Arbeiten, über die kürzlich ein Team der North Carolina State University berichtete, könnten jedoch dazu beitragen, den Ball deutlich nach vorne zu bringen. Sie haben ein Roboter-Greifgerät entwickelt, das sanft genug ist, um sogar einen Wassertropfen aufzuheben, aber auch Gegenstände mit einem Gewicht von mehr als 14 Pfund aufnehmen kann. Und was die Präzision angeht: Der Greifer kann problemlos Mikrofasern in den Griff bekommen, die 40-mal dünner sind als ein typisches menschliches Haar.

Die Idee für den Greifer der Forscher stammt von Kirigami, das mit Origami verwandt ist, der japanischen Kunst des Papierfaltens, bei der Papier sowohl gefaltet als auch geschnitten wird, um dreidimensionale Formen zu bilden. Die Greifer wurden aus Polyethylenterephthalatplatten in einem Design lasergeschnitten, das maximale Festigkeit bietet. Dieses Design ist das Ergebnis einer langen Reihe früherer Experimente, die dieses Team mit ähnlichen Techniken durchgeführt hat. Die Betätigung der Greifer, die es ihnen ermöglicht, Gegenstände festzuhalten, wurde von den fiesen Kurven der Rankenpflanzen inspiriert.

Die Stärke und Sanftheit des Greifers resultieren aus einem einzigartigen Design, das die Kraft während des Betriebs auf das gesamte Gerät verteilt. Dadurch erreicht der Greifer ein rekordverdächtiges Nutzlast-Gewichts-Verhältnis von etwa 16.000 – 2,5-mal mehr als der bisherige Rekord. Und angesichts der Präzision und Genetlosigkeit, die der Greifer durch seine Struktur erhält, kann er viele neue Anwendungsfälle ermöglichen, die bisher unpraktisch waren.

In einer besonders interessanten Demonstration wurde der Greifer in eine myoelektrische Prothese integriert. Diese erste Arbeit zeigt, dass dieses Gerät eines Tages die Feinheit und Kraft der menschlichen Hand ersetzen könnte. Das Team sieht auch Anwendungen für seinen Greifer beim Umgang mit Lebensmitteln oder biomedizinischen Materialien oder bei derzeit schwierigen Aufgaben wie dem Schließen von Reißverschlüssen oder dem Aufheben von Münzen.

Es wurde festgestellt, dass der Greifer sowohl maßstabs- als auch materialunabhängig ist, sodass das Gerät problemlos vergrößert werden kann, um sehr große Aufträge zu bewältigen, oder verkleinert, um winzige Aufträge zu bewältigen. Die Forscher untersuchen derzeit alternative Materialtypen, um Haltbarkeit und Festigkeit zu optimieren.