Weich und stark, die ganze Zeit über machtlos

Roboter nutzen eine Vielzahl unterschiedlicher Greifertypen, um präzise und vielseitig mit Objekten in ihrer Umgebung zu interagieren. Unter den vielen verfügbaren Typen sind mechanische Greifer die gebräuchlichsten und am weitesten verbreiteten. Mit ihren Kiefern oder Fingern greifen sie Objekte effektiv und ermöglichen so einfache Pick-and-Place-Vorgänge oder komplizierte Manipulationsaufgaben. Vakuumgreifer hingegen nutzen die Saugwirkung, um Objekte mit glatter und flacher Oberfläche wie Glas oder elektronischen Bauteilen sicher zu handhaben und gleichzeitig den physischen Kontakt zu minimieren, um Schäden zu vermeiden. Magnetische Greifer nutzen elektromagnetische Kräfte, um ferromagnetische Objekte festzuhalten, was sich besonders in anspruchsvollen oder gefährlichen Umgebungen als nützlich erweist.

Und die Liste ließe sich beliebig fortsetzen, denn für nahezu jeden Anwendungsfall steht eine maßgeschneiderte Lösung zur Verfügung. Doch gerade beim Thema Soft-Robotik kann die Auswahl an Greifern etwas eingeschränkt sein. Die Herstellung von Geräten, die weich und dennoch robust sind, ist schon eine Herausforderung. Noch schwieriger ist es jedoch, auch Betätigungs- und Sensorsysteme hinzuzufügen, ohne starre Komponenten einzuführen. Und wenn die Anwendung erfordert, dass der Greifer überhaupt keine Elektronik verwendet, dann viel Glück bei der Suche nach dem Passenden.

Doch genau das ist einem Team von Robotikern der University of California San Diego und des BASF-Konzerns kürzlich gelungen. Sie haben einen weichen, 3D-gedruckten Robotergreifer entwickelt, der Objekte aufnehmen, halten und loslassen kann. Es ist außerdem mit Schwerkraft- und Berührungssensoren ausgestattet. Und für den Betrieb ist keinerlei Elektronik erforderlich.

Um diesen technologischen Fortschritt zu ermöglichen, wurde ein spezieller 3D-Druckansatz für die Herstellung von Schmelzfilamenten entwickelt. Generell sind bei diesem Druckverfahren Einschränkungen zu beachten, die dazu führen, dass Objekte eine hohe Steifigkeit aufweisen und außerdem dazu neigen, undicht zu sein, was den Einsatz für viele Anwendungen verhindert. Der Ansatz des Teams bestand jedoch darin, bei der Erstellung jeder Ebene einen kontinuierlichen Pfad zu zeichnen. Dadurch konnten Fehler im Druck vermieden werden. Dadurch konnten auch feinere und detailliertere Strukturen erzeugt werden, was bedeutet, dass diese Drucke um eine Größenordnung weicher sein können als normale Drucke.

Der fehlerfreie Druck ermöglichte die Integration von Kanälen und Pneumatikventilen, die einen Hochdruck-Luftstrom steuern, der die Betätigung auslöst. Wenn der Berührungssensor durch ein Objekt in den Backen des Greifers aktiviert wird, gelangt Druckluft in die internen Kanäle, um das Objekt sicher zu greifen. Durch die richtige Drehung der Hand wird der Schwerkraftsensor ausgelöst, der wiederum den Luftdruck freisetzt und dazu führt, dass sich die Kiefer öffnen.

Die Herstellungsverfahren können auch bei der Herstellung anderer Arten von Strukturen und Greifern für Soft-Roboter genutzt werden. Die Forscher gehen davon aus, dass solche Geräte in Zukunft bei Industrie-, Forschungs- und Explorationsaufgaben eingesetzt werden. Die Weichheit des Systems könnte auch bei speziellen Anwendungen von Nutzen sein, bei denen eine schonende Handhabung erforderlich ist, wie es beispielsweise bei der Lebensmittelproduktion und der Handhabung von Obst und Gemüse der Fall ist. Und da die Herstellungsverfahren auf Desktop-3D-Druck-Setups durchgeführt werden können, könnte diese Technologie für eine Vielzahl von Anwendungen weit verbreitet sein.