Italienischen Forschern des Istituto Italiano di Tecnologia (iit) ist es gelungen, mit SLA-3D-Druck eine Roboterhand samt Handgelenk herzustellen, die Objekte mit menschlicher Effizienz greifen kann. Um das zu erreichen, entwickelten sie geometriebasierte Aktuatoren, die bis zu 1.000 Mal so viel heben können wie ihr eigenes Gewicht. Wir stellen die Arbeit der Forscher vor.

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Forscher des Istituto Italiano di Tecnologia (iit) haben eine Roboterhand mit per SLA-3D-Druck hergestellten, künstlichen Muskeln entwickelt, die Objekte mit nahezu menschlicher Effizienz greifen kann. Die lebensechte Hand wird mit einigen geometriebasierten Aktuatoren angetrieben. Dazu druckten die Forscher eine Harzschicht in 3D, die es der Hand ermöglicht, sich wie Muskeln zu dehnen und zusammenzuziehen. Die winzigen Aktuatoren sind nur 8 Gramm leicht und können das bis zu 1.000-fache ihres eigenen Gewichts heben, wenn sie in eine Roboterhand integriert werden. Die Hand kann die Finger beugen, die Handfläche drehen und das Handgelenk drehen. Ihre Arbeit haben die Forscher in einem Artikel mit dem Titel „3D-printed biomimetic artificial muscles using soft actuators that contract and elongate“ veröffentlicht.

Mit 3D-Druck die Natur nachahmen

Mehrere 3D-gedruckte Roboterhände
Forschern aus Italien ist der 3D-Druck einer Roboterhand mit Handgelenk gelungen, die das 1.000-fache ihres Gewichts heben können (im Bild: 3D-gedruckte Roboterhände)(Bild © Istituto Italiano di Tecnologia).

Das Team des iit erklärt in seinem Forschungsbericht, dass es möglich wäre, weiche Aktuatoren in 3D zu drucken, die stark und flexibel genug sind, um sich effektiv in natürliche und soziale Umgebungen zu integrieren. Dazu gehören auch Anwendungen, die von der Erhaltung der biologischen Vielfalt bis zur Altenpflege reichen.

Künstliche Aktuatoren sind laut den Forschern bereits so ausgereift, dass sie die gleiche Kontraktionsleistung wie biologische Muskeln erreichen können. Es ist jedoch schwierig, die „Vielseitigkeit und Anmut von Bewegungen“ nachzubilden, die durch die komplexen Anordnungen von Muskeln im menschlichen Körper möglich sind. Künstliche Muskeln (GRACEs) sollen das Problem lösen.

GRACEs

GRACEs bestehen aus einer plissierten Membran aus einem einzigen Material. Sie werden von Grund auf so konstruiert, dass sie sich mit einem mathematischen Modell zusammenziehen und ausdehnen können. Ohne die Integration von dehnungsbegrenzenden Elementen können die Aktuatoren wie vorgesehen funktionieren.

Testaufbau Fotoelastizität
Sie führten einige Tests durch, um zu sehen, was die 3D-gedruckte Roboterhand zu leisten vermag (im Bild: Aufbau des Fotoelastizitätstests)(Bild © Istituto Italiano di Tecnologia).

Die Forscher druckten ihre GRACEs mit einem Form 3 3D-Drucker von Formlabs. Damit waren sie in der Lage, Falten in die Membranen der Geräte zu integrieren, die sich falten und entfalten. Dadurch erreichen sie die Flexibilität und Festigkeit, die sie für wiederholte Verformungen benötigen. Anschließend testeten sie ihre GRACEs, indem diese immer schwerere Gegenstände allein und auch in Gruppen heben mussten.

Abhängig von den Parametern gelang es ihnen, Objekte zu heben, die schwerer waren als sie selbst. Ein 8-Gramm-Prototyp einer GRACE konnte ein 8 Kilogramm schweres Gewicht heben. So beschlossen die Forscher, 18 Aktuatoren unterschiedlicher Größen zu verbinden, um eine Roboterhand und ein Handgelenk zu schaffen. Sie übten Druck auf jede der 3D-gedruckten Membranen aus und stellten fest, dass sie die Hand mit menschenähnlichen Bewegungen und Effizienz bedienen konnten. Für das Team ein Beweis, dass es möglich ist, funktionelle Muskeln in einem einzigen Produktionsschritt in 3D zu drucken.

Das Team erklärte:

„Die GRACEs können durch kostengünstige additive Fertigung hergestellt und sogar direkt in funktionale Geräte eingebaut werden, wie z. B. eine pneumatische künstliche Hand, die in einem Schritt vollständig dreidimensional gedruckt wird. Dies macht das Prototyping und die Herstellung von pneumatischen, auf künstlichen Muskeln basierenden Geräten schneller und unkomplizierter.“

Weitere Beispiele für 3D-gedruckte Roboterhände

In der Vergangenheit haben wir über andere Roboterhände berichtet, die mit dem 3D-Druck realisiert wurden. Schon 2017 entwickelten Maker beim Hackathon „Hack the Gripper“ intelligente Roboterhände mit dem 3D-Drucker. Im Vorjahr gelang es Ingenieuren der University of Maryland eine 3D-gedruckte Roboterhand zu entwickeln, die Super Mario Bros. auf dem Nintendo besiegte.

Britische Forscher haben außerdem eine Roboterhand entwickelt und mit einem 3D-Drucker hergestellt. Diese kann einfache Tonfolgen am Klavier spielen. Sie interessieren sich für weitere Neuigkeiten aus dem Bereich der Robotik und des 3D-Drucks? Dann abonnieren Sie unseren Newsletter und versäumen Sie keine weiteren Nachrichten zu diesen Themen.

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