Harvard Forscher drucken Softroboter mit integrierten Sensoren

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Wissenschaftler der Harvard University in den USA haben Softroboter entwickelt, die Berührungen, Druck, Bewegung und Temperatur fühlen können.

Forscher haben bislang bereits Softroboter, hergeleitet am Beispiel der Natur hergestellt, die krabbeln, schwimmen und heikle Objekte ergreifen können. Keine dieser Vorrichtungen war jedoch bis jetzt dazu in der Lage auf seine Umwelt zu reagieren.

Integrierte Sensoren

Inspiriert von den sensorischen Fähigkeiten des menschlichen Körpers hat ein Forscherteam der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) und dem Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ein System entwickelt, mit dem sich Softroboter mit eingebetteten Sensoren herstellen lassen. Diese Sensoren ermöglichen das Fühlen von Bewegung, Druck, Berührung und Temperatur.

„Unsere Forschung stellt einen grundlegenden Vorteil in der Softrobotik dar,“ sagt Ryan Truby, Erstautor der Studie und PhD Absolvent des SEAS. „Unser Fertigungssystem ermöglicht es komplexe Sensorik einfach in Softroboter-Systeme zu integrieren.“

Die Integration von Sensoren in Softroboter war deshalb so schwierig, da die meisten Sensoren aus herkömmlicher Elektronik bestehen und damit sehr steif sind. Daher haben die Forscher eine organische Tinte für den 3D-Druck entwickelt die ionische und leitfähig ist. Diese kann innerhalb einer weichen Elastomermatrix gedruckt werden.

„Bislang waren die meisten integrierten Sensoren/Effektoren-Systeme, die in Softroboter verwendet wurden, sehr rudimentär,“ erklärt Michael Wehner vom SEAS. „Durch das direkte Drucken von ionischen Flüssigsensoren innerhalb dieser weichen Systemen, haben wir neue Wege für das Design und der Herstellung dieser Vorrichtungen geebnet, die schlussendlich tatsächliche Closed-Loop-Kontrolle von Softrobotern ermöglichen werden.“

Multi-Material 3D-Druck

Die Methode zum 3D-Druck der Roboter basiert auf der von Professor Jennifer Lewis entwickelten Technologie. Damit lassen sich mehrere Funktionen und Materialien in einem Objekt vereint herstellen.

Um die Sensoren zu testen wurde ein Softroboter-Greifer gedruckt, der aus drei Fingern bzw. Effektoren besteht. Die Wissenschaftler testeten die Fähigkeit des Greifers Luftdruck, Krümmungen, Kontakt und Temperatur zu fühlen. Mehrere Kontaktsensoren wurden ebenfalls integriert, damit auch Licht und tiefe Berührungen erfühlt werden können.

„Bei der Herstellung von Softrobotern ist man normalerweise durch konventionelle Fertigungsmethoden bei der geometrischen Form eingeschränkt. Dies gilt auch für den herkömmlichen 3D-Druck mit limitierter Materialauswahl,“ sagt Robert Wood, SEAS Professor. „Die Technologien die im Lewis Lab entwickelt wurden könnten die Art und Weise wie Roboter hergestellt werden revolutionieren – weg von sequenziellen Prozessen hin zur Fertigung von komplexen monolithischen Robotern mit eingebetteten Sensoren und Effektoren.“

Soft robotic fingers can feel touch, pressure, movement and temperature

Die Studie „Soft Somatosensitive Actuators via Embedded 3D Printing“ wurde in Advanced Materials veröffentlicht.

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