Ingenieure der University of Maryland haben mithilfe des 3D-Drucks eine Roboterhand entwickelt, die ein Nintendo Entertainment System (NES) spielen kann. Der mit der Stratasys PolyJet-Technologie 3D-gedruckte Soft-Roboter mit drei Fingern verfügt über vollständig integrierte Fluidikkreise, was bedeutet, dass seine Bewegungen durch Luftdruck und nicht mit Elektrizität angetrieben werden.
Was sind weiche Roboter? Wie es der Name vermuten lässt, sind Soft-Roboter eine besondere Klasse von Robotern, da sie sich durch ihre Formbarkeit und Verwandlungsfähigkeit auszeichnen. Sie werden in der Regel aus flexiblen Materialien wie Gummi oder Silikon hergestellt und kommen bereits seit Jahren in der Medizin und in der Fertigung zum Einsatz. Diese spezielle Art von Robotern wird mit Flüssigkeiten oder Luft angetrieben. Weiche Roboter lassen sich relativ leicht dehnen, aufblasen oder entleeren und haben infolgedessen eine inhärente Anpassungsfähigkeit.
Da sie sich um komplexe Strukturen formen und erweitern können, können weiche Roboter mit geringem Risiko von Gewebeschäden in den menschlichen Körper implantiert werden. Dies macht sie zu einem großartigen Forschungsgebiet für Anwendungen wie chirurgische Instrumente, Geräte zur Medikamentenverabreichung und kundenspezifische Prothetik. Darüber hinaus haben sie auch in Großserienfertigungsanlagen ihren Einsatz gefunden, sodass Unternehmen zunehmend weiche Robotergreifer in der Produktionslinie einsetzen.
3D-Druck integrierter Fluidikschaltungen
Wie die Forscher aus Maryland in ihrer Studie „Fully 3D-printed soft robots with integrated fluidic circuitry“ erläutern, integrierten sie in das 3D-gedruckten Roboterdesign sogenannte „Fluidic Circuits“ – die Leitungen, mit denen sie die Finger des Roboters steuern konnten. Anstatt unter Verwendung von Halbleiter-Transistoren zu signalisieren, wie es bei herkömmlichen elektronischen Mikrochips üblich ist, werden bei den mit 3D-Druck hergestellten weichen Robotern die Finger mit Drucksensoren gehebelt und durch laufenden Luftdruck gesteuert.
Damit wurde ein neuartiger Fluidkreislauf entwickelt, der die Druckarten der Luft erfasst und danach entscheidet, wie sie sich verhalten wird. Wenn beispielsweise kein Druck vorhanden war, wurden keine Finger aktiviert. Bei niedrigem Druck wurde nur der erste Finger aktiviert. Bei mittlerem Druck wurde der Mittelfinger aktiviert und bei hohem Druck wurde der letzte Finger aktiviert. Durch die Programmierung verschiedener Kombinationen von Luftdrücken, die durch die Hand laufen, war das Team in der Lage, das erste Spiellevel auf dem NES-Controller erfolgreich zu meistern.
Um die Soft-Robotik voranzutreiben und die Zugänglichkeit zu verbessern, haben Sochol und sein Team die Designdateien für den Roboter auf GitHub als Open Source bereitgestellt.