Die Weiche Robotik ist ein Bereich der Robotik, in dem Forscher und Designer dehnbare Materialien anstelle von starren Materialien verwenden. Dies eröffnet viele neue Möglichkeiten für Robotikanwendungen, z. B. die Fähigkeit, weiche und verformbare Objekte zu greifen. Und Greifen ist schließlich etwas Grundlegendes – es ist das, weshalb wir von den Bäumen herunterkamen und unsere ersten Werkzeuge in die Hand genommen haben.
Wir stellen Ihnen oft Konzepte vor, die gerade erst auf dem Weg sind – Soft-Robotik-Lösungen in der Robotik sind bereits in der wissenschaftlichen und industriellen Welt im Einsatz. Manchmal wecken sie viele Emotionen.
Der weichen Greifer erwiesen sich während einer Forschungsexpedition im Schutzgebiet der Phoenix-Inseln in Kiribati im Zentralpazifik als sehr nützlich. In einem Interview mit dem Wyss-Institut spricht Daniel Vogt über den Einbau von weichen Manipulatoren in einen Tiefseeroboter, der empfindliche Tiefseeorganismen wie Korallen oder weiche Seesterne greift, ohne sie zu verletzen. So etwas wie ein Undercover Aal in der Welt der Fische – weißt du noch?
Der Roboter-Aal bzw. künstliche Muskeln in der Unterwasserwelt
Die Erforschung der Unterwassertiefen, ohne die einheimische Bevölkerung zu alarmieren, ist fast zum Greifen nahe. Es gibt eine Möglichkeit, dies zu tun: den ultraleisen, transparenten Roboter-Aal.
Weiche Sensoren
Vogt fügt hinzu, dass ein weiterer Anwendungsbereich die tragbare Technologie ist – nennen wir sie ‘wearable robotics’. Es wird an der Entwicklung von Materialien gearbeitet, die sich dem menschlichen Körper immer besser anpassen. Die Ingenieure konzentrieren sich auf die Verfolgung von Bewegungen mit weichen Sensoren. Wenn es die Soft Robotik gibt, dann auch die Soft Sensoren. Wenn von Sensoren die Rede ist, handelt es sich wahrscheinlich um moderne Technologie, denn sie werden immer wieder erwähnt und sind wahrscheinlich die am häufigsten verwendeten Komponenten von Kommunikationssystemen. Diese Sensoren werden an verschiedenen Gelenken angebracht, z. B. an den Ellenbogen oder Knien, und die Messdaten, die sie sammeln, geben z. B. Aufschluss über die Winkel der Gelenke. Diese Sensoren sind so weich, dass sie der Dehnung der Haut folgen können, ohne die Bewegungen des Benutzers zu beeinträchtigen.
Die größten Herausforderungen liegen häufig in der Entwicklung von technischen Geräten, die sich an die noch immer schwer zu erfassende Komplexität des menschlichen Körpers anpassen können. Die traditionelle Technik kann sich immer auf die Verwendung von Bolzen, Muttern und Schrauben verlassen. Wenn es jedoch darum geht, Geräte in den menschlichen Körper zu integrieren, ist Kreativität gefragt, um ein Gerät zu entwickeln, das sowohl funktional als auch angenehm zu tragen ist. Vogt betont, dass weiche Robotergeräte im Alltag immer häufiger zum Einsatz kommen könnten, insbesondere im Hinblick auf die Art und Weise, wie Menschen mit elektronischen Geräten umgehen. Tastaturen, Mäuse oder Joysticks werden seit Jahrzehnten verwendet und haben sich nicht wesentlich verändert, aber auch beim alltäglichen Computerzubehör spielt die Ergonomie eine immer wichtigere Rolle. Die Integration in die Anatomie-Sensor-Linie scheint der nächste sinnvolle Schritt zu sein.
Erstaunliche Anwendungen der Soft-Robotik
Unsere Leser sind bereits mit künstlichen Muskeln vertraut – der täuschend echte, tierähnliche Roboteraal, der für die nicht-invasive Erkundung der Unterwasserwelt entwickelt wurde, stieß auf großes Interesse. Neben den verschiedenen Arten von Soft-Robotern, die als künstliche Muskeln fungieren (von denen einige angeblich von der Origami-Bewegung inspiriert sind) und deren komplexe Struktur es ihnen ermöglicht, das Hundertfache ihres Eigengewichts zu heben, bringt die Soft-Robotik weitere Ideen ins Rennen um den Fortschritt.
Kletternde Roboter
Erstaunlich Die Erfindungen, mit denen Boston Dynamics, das führende Robotikunternehmen der Branche, das Medieninteresse auf sich zieht, sind großartig – und das zu Recht. Atlas, der Parkour betreibt, ist jedoch ein künstlicher Humanoid aus robusten Materialien und niemand denkt daran, ihn zu essen. Er ist also völlig unvereinbar mit der Soft-Robotik oder der Art des Kletterns, die wir beschreiben wollen.
Wir hingegen interessieren uns für diese Art von Robotern, deren Einsatzmöglichkeiten von der Gebäudeinspektion und -wartung bis hin zu Such- und Rettungseinsätzen reichen. Eine Version der weichen Kletterroboter hat ein gekrümmtes, raupenartiges Design, mit dem er an langen Strukturen entlangkrabbeln kann. Mit ein paar kreativen Verbesserungen ist auch eine Aufwärts- und Abwärtsbewegung möglich. Nachfolgend finden Sie Videomaterial, zugegebenermaßen mit einem wenig schmeichelhaften und auch irreführenden Titel – denn die Kletterarbeit des Roboters sieht recht vielversprechend aus.
Essbare Roboter
Der Gedanke mag schwer verdaulich erscheinen, aber das Ganze soll für unseren Körper völlig ungefährlich sein. Dieser Zweig der Robotik, der aus der Soft-Robotik hervorgegangen ist, wird sogar dem immer häufiger verwendeten Begriff der essbaren Robotik gerecht. Im Jahr 2016 wurde eine vom MIT geleitete Studie veröffentlicht, in der die Entwicklung eines Origami-Roboters aus getrockneten Schweinedärmen beschrieben wurde, der sich bei dem Versuch, unglücklich verschluckte Gegenstände einzufangen und zu entfernen, im Wesentlichen auflöst. Die Herausforderung besteht darin, vollständig verdauliche Aktoren zu entwickeln, die vom menschlichen Körper abgebaut werden können. Eine der vorgeschlagenen strukturellen Lösungen ist die aus der Hausmannskost bekannte Gelatine.
Auf der karrierefördernden europäischen Plattform Euraxess stießen wir sogar auf eine (leider abgelaufene) Stellenanzeige für zwei Forscher aus den Bereichen Lebensmitteltechnologie, Maschinenbau, Materialwissenschaften, Robotik oder verwandten Gebieten, die an der Entwicklung eines Roboters interessiert sind, der vollständig aus essbaren Materialien besteht. Fasziniert gingen wir einen Schritt weiter und fanden eine Stelle, von der aus wir uns bewerben konnten.
Okay, kommen wir zurück auf den Boden der Tatsachen, oder besser gesagt ins Blog-Labor. Hier ist ein Aktor aus einer Mischung aus Gelatine, Glyzerin und Wasser, der in eine Form gegossen wird. Die Gesamtkonstruktion ist die gleiche wie bei Pneumatikzylindern; die Leistung ist ähnlich. Die Struktur bewirkt, dass sich der Aktuator biegt, wenn er mit Luft aufgeblasen wird, und sich wieder aufrichtet, wenn der Druck verringert wird.
Prothetische Roboter
Softroboter können zur Herstellung fortschrittlicher Prothesen für Menschen mit Behinderungen eingesetzt werden. Häufig wird die Soft-Robotik-Technologie in Greifern am Ende des Prothesenarms eingesetzt, um Objekte sanfter und präziser zu greifen. Etwas wie Roboterarme.
Softroboter sind eine spannende Innovation in der Welt der Robotik. Diese von uns aufgeführten Typen könnten wahrscheinlich das größte kommerzielle Potenzial aller derzeit in der Entwicklung befindlichen Softrobotertypen haben. Im Gegensatz zu Industrierobotern oder kollaborierenden Robotern (Cobots) haben Softroboter eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten, die oft über die Fähigkeiten der ersteren hinausgehen. Leistungsstarke und robuste Roboter, die in ihrer Leistungsfähigkeit die uns von der Natur gegebenen Lösungen übertreffen und aus flexiblen und, man könnte sagen, einfachen Materialien gebaut sind, haben sicherlich eine Reihe von Vorteilen, die dazu geführt haben, dass sie neben den humanoiden Robotern als eine alternative Entwicklungsrichtung der Robotik angesehen werden.
Trotz des Aufkommens immer präziserer und kostspieligerer Lösungen hat der Mensch bei Tätigkeiten, die manuelle Genauigkeit und abstraktes Denken erfordern, im Moment noch die Oberhand. Nun, mit einigen lobenswerten Ausnahmen für Roboter, zum Beispiel in der medizinischen Forschung und in Umgebungen, in denen Menschen einfach in Gefahr sind. Längerfristig werden wir sicherlich die Entwicklung von Cobots, also kollaborierenden Robotern, erleben. Dies ist der erste Schritt auf dem Weg zu einer sicheren Zusammenarbeit mit unseren Schöpfungen. Apropos Zusammenarbeit:Wenn Sie noch ein wenig beim Thema bleiben wollen, empfehlen wir Ihnen diesen Artikel unter der unten stehenden Kachel als weiteren Artikel.
