3D-Druck ermöglicht muskelähnliche Bewegungen für Roboter

Ingenieure der Northwestern University haben einen neuartigen Aktuator entwickelt, der Robotern muskelähnliche Bewegungen ermöglicht. Die Forschungsgruppe um Professor Samuel Truby nutzte dabei den 3D-Druck, um flexible Bauteile herzustellen, die sich durch Ausdehnung und Kontraktion bewegen können.

Das Team konstruierte zwei Prototypen. Einen wurmartigen Roboter und einen künstlichen Bizeps. Der Wurmroboter navigierte erfolgreich durch enge Räume, während der Bizeps ein 500-Gramm-Gewicht 5.000 Mal heben konnte. Die Kosten pro Roboter belaufen sich auf etwa 3 Dollar, ohne den kleinen Motor zur Formveränderung.

Die Forscher verwendeten zylindrische “Handed Shearing Auxetics” (HSAs) aus Gummi, die sich bei Verdrehung ausdehnen und erweitern. Frühere HSA-Versionen aus starrem Kunststoff waren weniger flexibel. Taekyoung Kim, Postdoktorand und Erstautor der Studie, löste dieses Problem durch den Einsatz von thermoplastischem Polyurethan und einem kostengünstigen Desktop-3D-Drucker.

Eine entscheidende Innovation war die Integration weicher, dehnbarer Gummibälge als verformbarer Rotationswelle. Dies ermöglichte die Steuerung des Aktuators mit nur einem Servomotor, was die Konstruktion vereinfachte und die Weichheit erhöhte. Der resultierende 26 Zentimeter lange Roboter erreicht eine Geschwindigkeit von über 32 Zentimetern pro Minute.

Professor Truby betont die Bedeutung dieser Entwicklung für die Sicherheit in der Mensch-Roboter-Interaktion: “Wenn ein weicher Roboter einen Menschen trifft, würde es bei weitem nicht so sehr schmerzen wie bei einem starren, harten Roboter. Unser Aktuator könnte in Robotern eingesetzt werden, die für menschenzentrierte Umgebungen praktischer sind.”

Die Fähigkeit der weichen Aktuatoren, sich während des Betriebs zu versteifen, ähnlich wie menschliche Muskeln, stellt einen wichtigen Fortschritt dar. Diese bioinspirierte Eigenschaft verbessert die Bewegungsfähigkeit und erweitert das Einsatzspektrum weicher Roboter im Vergleich zu herkömmlichen Systemen.

Die Forschungsergebnisse, veröffentlicht in der Fachzeitschrift “Advanced Intelligent Systems“, zeigen das Potenzial von 3D-gedruckten weichen Aktuatoren für die Entwicklung sicherer und flexibler Roboter. Zukünftige Anwendungen könnten von der industriellen Automation bis hin zu medizinischen Assistenzsystemen reichen.