Greifer an Roboterarm transportiert Silizium-Wafer

Am Vorbild der Gecko-Härchen orientiert sich die Adheso-Greifertechnologie, für die Schunk jetzt mit dem Deutschen Innovationspreis für Klima und Umwelt (IKU) ausgezeichnet wurde (Bild: Schunk)

1. Der Greifer mit den vielen kleine Härchen

Mit der bionisch inspirierten Greifertechnologie Adheso von Schunk und dem Start-up Innocise können Anwender empfindlichste Teile sanft, rückstandsfrei und vor allem völlig ohne externe Energie handhaben. Dafür wurde die Technologie jetzt von Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz mit dem Deutschen Innovationspreis für Klima und Umwelt (IKU) ausgezeichnet.

Die Technologie basiert auf einem Funktionsprinzip aus der Natur und nutzt die intermolekular wirkenden Van-der-Waals-Kräfte, mit denen sich auch Geckos sogar über sehr glatte  Oberflächen bewegen können.  Der Gecko nutzt dafür Millionen winzige Härchen an seien Pfoten und auf dem gleichen Prinzip basiert auch Adheso. Auch dabei wird die Haftkraft durch viele kleine Härchen - zehnmal kleiner als ein menschliches Haar - erzeugt, die in diesem Fall allerdings Teil einer mikrostrukturierten Kunststoffoberfläche sind.

Die Van-der-Waals-Kräfte eines einzelnen Haares sind minimal. Durch ihre dichte Packung auf dem Greifer lässt sich dennoch so eine Haftkraft von  einem Kilo pro Quadratzentimeter erzeugen.

Besonders in hygienisch sensiblen Umgebungen spielt die Technologie ihre Stärken aus: Da sie ohne Partikelemission arbeitet, ist sie perfekt für Reinraumanwendungen.

Mehr zu Adheso findet sich in folgendem Video:

2. Der Greifer mit den Elektroden

Robotergreifer mit Elektroden aus hauchdünnen Folien hält einen Apfel
Mit Elektroden aus hauchdünnen Folien kann der Omnigrasp empfindliche Objekte greifen, ohne sie zu beschädigen. (Bild: NCCR / Youtube)

Aus der Schweiz kommt der Omnigrasp, der vom National Centre of Competence in Research Robotics (NCCR) des Alpenlandes entwickelt wurde. Der Greifer besteht aus Silikonfolien, die mit Elektroden beschichtet sind. Nachdem sich die Folie mechanisch an das zu greifende Objekt angeschmiegt hat, wird an den Elektroden Spannung angelegt. Durch die dabei entstehende Elektroadhäsion wird die molekulare Bindung zwischen den beiden Grenzflächen noch verstärkt.

Da praktisch keine mechanische Kraft auf das Objekt ausgeübt wird, soll sich das das Greifsystem neben dem Handling etwa von empfindlichem Obst auch gut für andere sensible Objekte wie etwa Uhren oder medizinische Geräte eignen.

Den Omnigrasp in Aktion zeigt das folgende Video:

3. Der Kirigami-Greifer

Mit einer passend geschnittenen und gefalteten Folie lässt sich durch simples Auseinanderziehen an den Enden eine Stahlkugel greifen.
Mit einer passend geschnittenen und gefalteten Folie lässt sich durch simples Auseinanderziehen an den Enden eine Stahlkugel greifen. (Bild: Boston University / Youtube)

Kirigami ist eine Variante des Origami, der japanischen Kunst des Papierfaltens. Beim Kirigami wird das Papier sowohl geschnitten als auch gefaltet, wodurch ein dreidimensionales Design entsteht. Diese uralte Technik haben sich Forscher der Boston University zunutze gemacht.  Indem sie Plastikfolien per Laser speziell zugeschnitten haben, sind Greifer entstanden, die eine unglaublich Bandbreite haben.

In Experimenten ließen sich damit durch einfaches Auseinanderziehen der Kirigami-Greifer Objekte von einem einzelnen Sandkorn bis zu einer Wasserflasche greifen. Sogar das gleichzeitige Greifen ganzer Gruppen von Objekten war damit problemlos möglich, wie das folgende Video zeigt:

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4. Der Greifer mit den drahtigen Muskeln

Robotersauggreifer mit seinen Entwicklern Dr. Paul Motzki (l.) und Lukas Zimmer (r.).
Der Robotersauggreifer des Teams von Prof. Stefan Seelecke kann kompliziert geformte Werkstücke greifen und sich wechselnden Formen anpassen. Dr. Paul Motzki (l.) und Lukas Zimmer (r.) haben das System mitentwickelt. (Bild: Oliver Dietze / Universität des Saarlandes)

Ein Verfahren,  mit dem sich Robotergreifer in Zukunft in hohem Tempo an beliebige Werkstücke anpassen lassen - oder das mithilfe von maschinellem Lernen sogar selbst tun, entwickelt das Team von Professor Stefan Seelecke an der Universität des Saarlandes. Der Prototyp besteht aus einem gelenkigen Robotergreifer, der vier Finger und Fingerspitzen mit Vakuum-Saugern durch künstliche Muskeln in alle Richtungen bewegen kann.

Bei Fingern, Fingerspitzen wie auch den Vakuum-Saugnäpfen kommen rein elektrisch betriebene künstliche Muskelfasern zum Einsatz: Bündel feiner Drähte mit Formgedächtnis. Legt man Strom an diese Nickel-Titan-Drähte an, erwärmen sie sich und wandeln ihre Gitterstruktur um, so dass sie sich zusammenziehen. Fließt kein Strom, kühlen sie ab und werden wieder lang. Diese Technik kommt auch gänzlich ohne zusätzliche Sensoren aus: Die Drähte liefern selbst alle Daten.

„Beim Beschleunigen heutiger Roboterarme ist die Masse ein begrenzender Faktor. Unser Verfahren macht leichte und wendige Systeme möglich“, erklärt Mitentwickler Paul Motzki.

5. Der Bananengreifer aus der Strickmaschine

Der Aktuator PneuAct des MIT kann sowohl für Robotergreifer, wie auch für Prothesen oder Roboter-Antriebssysteme eingesetzt werden.
Der Aktuator PneuAct des MIT kann sowohl für Robotergreifer, wie auch für Prothesen oder Roboter-Antriebssysteme eingesetzt werden. (Bild: CSAIL / MIT)

Ein Greifsystem, dass geradezu verstörende Ähnlichkeit mit Bananen im Strickmantel hat, haben Forscher des Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) des Massachusetts Institute of Technology (MIT) entwickelt. Es geht um die Herstellung von weichen pneumatischen Aktoren namens  “PneuAct.” Sie kombinierten dazu handelsübliche Silikonschläuche - die aufgepumpt die Form einer Banane annehmen - mit einem gestrickten Überzug, der durch sein Strickmuster für eine gezielte Verteilung der Kräfte sorgt.

Das notwendige Strickmuster lässt sich mit einer eigens entwickelten Software generieren und simulieren und dann in elektronisch gesteuerte Strickmaschinen überführen.

Zu was PneuAct alles fähig ist, zeigt das Youtube-Video:

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