15.12.2022

Gecko als Vorbild für Haftroboter

Projekt soll optimierte Haftpads für Robotergreifsysteme entwickeln.

Keine Wand ist ihnen zu steil, sie laufen kopfüber an Decken, ihre fein-behaarten Füße haften besser als jeder Profi­kleber, ohne Spuren zu hinterlassen, und sie trotzen der Schwerkraft: Die Füße der Geckos! Sie sind gleichermaßen von Interesse für Forschende aus der Material­wissenschaft wie aus der KI-Forschung. Dieser Effekt der Geckofüße soll über das Verbund­vorhaben „GecKI“ nunmehr zur Entwicklung energie­effizienter, auto­adaptiver und produkt­unabhängiger Haftpads für Roboter­greifsysteme zu Nutze gemacht werden. Mit diesem Entwicklungs­auftrag beschäftigen sich das an der Universität des Saarlandes ansässige Fraunhofer Institut IZFP, die Firmen Innocise und Next robotics.

Abb.: Illustration von Roboter­greifsystemen mit Gecko-Haftpads. (Bild: NEXT....
Abb.: Illustration von Roboter­greifsystemen mit Gecko-Haftpads. (Bild: NEXT. robotics, INNOCISE)

Das Ziel des Vorhabens besteht in der Weiter­entwicklung von Methoden der künstlichen Intelligenz, um ein neuartiges Sensorsystem zu entwerfen, welches die autoadaptive, roboter­gestützte Manipulation von Objekten mit eigener Objekt­erkennung ermöglicht: Der Roboterarm erhält die Fähigkeit zu fühlen, um welches Produkt es sich handelt und sich entsprechend anzupassen. Insbesondere in hochflexiblen und sich oft ändernden Fertigungslinien, aber auch in anspruchsvollen Umgebungen wie in Reinräumen und im Vakuum, werden kostengünstige, ressourcen­schonende roboter­gestützte Greifsysteme benötigt. Adhäsive Haftpads, die am Roboterarm befestigt werden, sollen hierfür mit intelligenten Sensoren ausgestattet werden und danach produkt­unabhängig in der Fertigung eingesetzt werden.

Die Anwendungsbreite ist enorm und reicht von sensiblen Objekten oder Oberflächen bis zu schweren Lasten, Glasfaser oder Autotüren als zwei Beispiele von unzähligen. Das Vorbild Geckofuß nutzt dabei die physikalische Adhäsion auf Basis von inter­molekular wirkenden Van-der-Waals-Kräften. Durch das Forschungs­vorhaben werden die innovativen Adhäsions­greifer von Innocise intelligent gemacht. „Darüber hinaus sollen die gewonnenen Infor­mationen und Daten aus dieser Sensor­intelligenz durch eine Steuerintelligenz im Roboter in autoadaptive Bewegungs­abläufe umgesetzt werden“, erläutert Simon Herter vom Fraunhofer IZFP. Weiterer Vorteil in einer Zeit des drastischen Energie­sparens: Die Adhäsionsg­reifer benötigen keine externe Energiezufuhr wie etwa Vakuum- oder Magnetgreifer. Hierdurch werden die Anwendungs­möglichkeiten auf modulare Fertigungs­linien enorm erweitert. Durch ihre Verbreitung kann die Energie­effizienz von fertigungs­bedingten Handhabungs­prozessen stark verbessert werden.

Ein erster wichtiger Meilenstein konnte mit der Konzipierung eines Versuchs­standes erreicht werden. „Mit Hilfe dieses Demonstrators sind wir in der Lage, den roboter­gestützten Greifkontakt und deren Strukturen sichtbar zu machen. Wir haben erste Sensorik-Prototypen entwickelt, die den bioinspirierten Greifern das Fühlen beibringen können“, sagt Sarah Fischer, Projekt­leiterin am Fraunhofer IZFP. Das BMBF fördert das Verbundvorhaben „KI-basierte Objekt­erkennung und adaptive Steuerung für intelligente, bioinspirierte Roboter­greifsysteme zur Einbettung in Industrie 4.0-Umgebungen (GecKI)“ mit rund 1,5 Millionen Euro. 

Fh.-IZFP / JOL

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