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Spinne auf Erkundungsgang

Laufroboter sichtet unzugängliches Terrain nach Katastrophen
Spinne auf Erkundungsgang

Spinnen sind sehr beweglich, einige springen sogar. Diese Fähigkeit verdanken sie ihren hydraulisch betriebenen Gliedern. Forscher haben jetzt einen Laufroboter konstruiert, der den Antrieb der Spinnenbeine zum Vorbild hat. Das im 3D-Druckverfahren gefertigte Leichtgewicht erkundet Gebiete, die von Menschen nicht betreten werden können.

Flink und zielstrebig steuert der Laufroboter durch das Gelände, das nach einem Chemieunfall nicht betreten werden kann. Mulden, Furchen und andere Unebenheiten halten das achtbeinige Hightech-Geschöpf nicht auf. Ausgerüstet mit Kamera und Messgeräten soll das Modell den Einsatzkräften ein Lagebild und Daten über giftige Substanzen liefern.

Keine leichte Aufgabe, denn der Laufroboter darf dabei nicht umkippen. Doch diese Gefahr ist gering. Sicher und stabil bewegt sich das Modell vorwärts. Wie bei einer Spinne berühren jeweils vier Beine den Boden, während die anderen vier sich nach vorne in die nächste Ausgangsposition drehen. Auch optisch erinnert das künstliche Gliedertier an den Achtfüßler. Kein Wunder, denn schließlich diente die Spinne den Forschern am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart als Vorbild. Noch liegt der Hightech-Helfer als Prototyp vor, doch künftig soll er seinen Dienst als Erkundungswerkzeug in gefährliche Umgebungen antreten, die für den Menschen nur schwer zugänglich sind. Nach Naturkatastrophen, Industrie- oder Reaktorunfällen oder bei Feuerwehreinsätzen kann er die Rettungskräfte unterstützen, indem er etwa Live-Bilder überträgt oder Gefahrenquellen aufspürt. Zum Beispiel austretendes Gas.
Mit ihren langen Extremitäten kann sich die Spinne auf vielfältige Weise fortbewegen. Manche Exemplare sind sogar fähig zu springen. Dies gelingt ihnen durch hydraulisch betriebene Faltenbälge, die als Gelenke dienen und für die Beweglichkeit der Glieder sorgen. Da den Tieren Muskeln für das Strecken der Beine fehlen, bauen sie im Körper hohen Druck auf, mit dem sie Flüssigkeit in die Gliedmaßen pumpen. Schießt die Flüssigkeit in die Beine, werden sie gestreckt. „Wir haben uns dieses Fortbewegungsprinzip zunutze gemacht und auf unseren bionischen, per Computer gesteuerten Leichtbauroboter angewandt“, erläutert Ralf Becker, Wissenschaftler am IPA. Die acht Beine und der Körper sind ebenfalls mit elastischen Faltenbälgen ausgestattet, die pneumatisch angetrieben werden und so die künstlichen Glieder beugen und strecken.
Die für den Antrieb erforderlichen Bauteile wie Steuerungseinheit, Ventile und Kompressorpumpe befinden sich im Körper, der je nach Anwendung unterschiedliche Messgeräte und Sensoren tragen kann. Scharniere ermöglichen im Zusammenspiel mit den Faltenbälgen die Vorwärts- und Drehbewegungen der Beine. Die sich diagonal gegenüberliegenden Glieder bewegen sich gleichzeitig. Durch Biegen der vorderen Beinpaare wird der Körper gezogen, durch Strecken der hinteren Extremitäten wird er geschoben.
Der Hightech-Helfer ist sehr leicht und vereint starre und elastische Formen in einem Bauteil. Und er lässt sich mit wenigen Fertigungsschritten kostengünstig herstellen. Bislang wurden Konstruktionen wie der Laufroboter mit konventioneller Maschinenbautechnik gefertigt. Das ist ein zeitaufwendiges und teures Unterfangen. Die Forscher am IPA hingegen setzen auf generative Fertigungstechniken, konkret auf das selektive Lasersintern (SLS) von Kunststoffen, einem 3D-Druckverfahren. Dabei werden Schritt für Schritt dünne Schichten eines feinen Polyamidpulvers übereinander aufgetragen und mit einem Laserstrahl in Form geschmolzen. So lassen sich komplexe Geometrien, innere Strukturen und Leichtbauteile herstellen mit ähnlich optimalen Strukturen, wie man sie in der Natur vorfindet. Die schwäbischen Experten können ihren Laufroboter flexibel konstruieren und zum Beispiel die Beinmodule für eine bestimmte Belastung stufenlos auslegen.
„Mit dem selektiven Lasersintern können wir ein oder auch mehrere Beine in einem Durchgang herstellen“, erklärt IPA-Forscher Ralf Becker. „Wir minimieren dabei den Montageaufwand, sparen Material ein und reduzieren die Bauzeit.“ Dank der modularen Bauweise können einzelne Teile schnell ausgetauscht werden. Die Roboter lassen sich so preiswert fertigen, dass sie nach einmaligem Gebrauch wie ein Einmal-Handschuh entsorgt werden können. ub
Industrieanzeiger
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