Softroboter können in Zukunft Aufgaben übernehmen, an denen herkömmliche Roboter scheitern. Ein Roboter, der weder Elektronik noch Metall enthält, kann zum Beispiel auch Strahlung ausgesetzt sein, ohne Schaden zu nehmen. 3D-gedruckte pneumatische Logikmodule, die die Bewegungen von Softrobotern nur durch Luftdruck steuern können, hat nun ein Forschungsteam der Universität Freiburg entwickelt.
3D-Druck: Softroboter ganz ohne Metall und Elektronik
Diese Module ermöglichen eine logische Schaltung des Luftstroms und können so eine elektrische Steuerung imitieren. So braucht man nicht mehr als einen 3D-Drucker und Filament aus konventionellem Druckmaterial, um einen Softroboter herzustellen. Die Ergebnisse hat das 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) jüngst veröffentlicht.
Das Design ist laut Conrad ein bedeutender Schritt „hin zu völlig elektronikfreien pneumatischen Steuerkreisen, die künftig immer komplexere elektrische Komponenten in Softrobotern ersetzen können.“
Module steuern den Softroboter über Druck
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 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 den 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 kPa betrieben werden. Dabei haben sie eine im Vergleich zu anderen pneumatischen Systemen schnelle Reaktionszeit von etwa 100 ms.
3D-Druck-Roboter: Zahlreiche Anwendungen denkbar
„Die Anwendungsmöglichkeiten dieser Module sind enorm“, sagt Tauber. So sei ein flexibler 3D-gedruckter robotischer Läufer entwickelt worden, der durch einen integrierten Schaltkreis per Luftdruck gesteuert wird. Wie nachgiebig die Logikmodule seien, zeige sich daran, dass dieser Läufer sogar die Last eines Autos aushalte, das über ihn fährt. „Als Beispiel für komplexere Steuerungen haben wir zusätzlich einen elektronikfreien Getränkespender entwickelt“, so der Wissenschaftler.
