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Seit 01:10 Uhr Hintergrund
StartseiteForschung aktuellSanfte Roboter03.08.2005

Sanfte Roboter

Bionische Konstruktionsmethoden sind in der Robotik auf dem Vormarsch

Robotik. - Industrieroboter sollen Bewegungen schnell und präzise durchführen - immer wieder und auch dann, wenn sie große Lasten bewegen. Um das sicherzustellen, baute man die Roboter bislang massiv und starr - nach dem Motto: Wo nichts wackelt, kann der Roboterarm auch nicht daneben greifen. Doch dieses Paradigma ist im Wandel und könnte durch der Biologie entlehnte, "weiche" Konstruktionsmethoden ersetzt werden.

Von Andrea Vogel

Wo massive Industrieroboter walten, hat der Mensch nichts verloren.  (AP Archiv)
Wo massive Industrieroboter walten, hat der Mensch nichts verloren. (AP Archiv)

Glückliche Fügung - wenn ein neugieriger Zoologe auf einen Industrieroboter trifft:

" Dann fragt man sich: Was ist denn eigentlich der Unterschied. Das ist natürlich anders, ein biologisches Objekt, aber was ist denn da eigentlich anders. Sind das die Muskeln, die Motoren, die Elektromotoren? Und wenn man das hinterfragt, dann kommt man eigentlich doch schnell dazu: Nein, es ist die Elastizität. Ob das jetzt über einen Muskel im Endeffekt angetrieben wird oder einen Elektromotor, das ist nicht das Entscheidende, sondern einer der ganz großen Unterschiede ist, dass die Muskeln eben in sich elastisch sind. "

Professor Bernhard Möhl arbeitet inzwischen ganz folgerichtig auch nicht mehr für die Biologie, sondern für die Experimentalphysik der Universität des Saarlandes. Dort hat er seinen ersten, recht einfachen bionischen Roboterarm gebaut, etwa so groß wie ein menschlicher Arm: Drei Glieder, verbunden mit zwei Gelenken und Seilzügen mit eingebauten Federn. Über diese extrem elastischen Verbindungen treiben Elektromotoren die Gelenke an. Was passiert, wenn jetzt die Motoren den Arm bewegen, treibt jedem Robotiker den Schweiß auf die Stirn:

" Und dann sieht man also, wie der da hin und her schwingt."

In Zeiten modernen Regelungstechnik ist das aber gar nicht so schlimm. Ein paar Sensoren messen, was in den Gelenken passiert, melden das dem Computer - und der steuert die Motoren genau so an, dass die Schwingungen verschwinden.

" Jetzt weiß jeder, der als Kind geschaukelt hat, wie man die Schaukel zum Schwingen bringt, und wie man sie auch abstoppt. Das ist ein Gefühl, das wir eben haben in unserem Motorsteuerprogramm, und das brauchen wir auch, weil unsere Muskeln eben elastisch sind. Und das kann man regeltechnisch genau beschreiben, was da stattfindet: das ist ein so genanntes D-Glied, ein Differenzglied. Und man weiß, dass das Schwingungen sehr gut dämpft. "

Dank der Seilzüge kann er viel Gewicht sparender gebaut werden als ein normaler Arm. Denn seine Glieder werden nicht mehr auf Biegung belastet: Sie nehmen nur noch Druck auf, die Seile fangen den Zug ab. Noch wichtiger findet Sebastian Klug aus der Arbeitsgruppe Simulation und Systemoptimierung der Technischen Universität Darmstadt allerdings etwas anderes:

"Das ist bei unserem Ansatz der Sicherheitsaspekt: Dass halt wirklich Menschen ohne große Sicherheitsvorkehrungen mit einem Roboter zusammenarbeiten können, im gleichen Arbeitsumfeld; Die heutigen Industrieroboter dürfen gar nicht direkt mit Menschen zusammenarbeiten, die werden meist in so einem Sicherheitskäfig eingesperrt, wo dann die menschlichen Mitarbeiter nicht hinein dürfen, weil es viel zu gefährlich ist. "

Die Nachgiebigkeit dieses sanften Armes ist nicht durch Software einprogrammiert. Er ist selbst dann noch sicher, wenn der Computer versagt: Kein gezähmter Koloss, sondern ein von Natur aus sanftes Wesen ist diese Maschine. Zumindest mit ihren zwei Gelenken. Bekommt sie mehr Freiheiten, dann wird es zwar nicht gefährlich, aber:

" Je mehr Gelenke so ein Roboter hat, desto chaotischer werden seine Bewegungen und desto komplizierter wird auch die Regelung. Das sah man auch im Computermodell schon bei drei, vier elastisch angetriebenen Gelenken, da wurde der regelungstechnische Aufwand so kompliziert, dass er simulativ kaum noch bewerkstelligt werden konnte. "

Die Lösung wird also wie so oft irgendwo in der Mitte liegen: Seilzüge und Federn für den Arm, dafür ein klassisch starr angetriebenes Handgelenk und dann am besten wieder sanfte Finger. Für solch einen Roboterarm haben die Forscher auch schon die erste Anwendung im Blick. Er soll nämlich gärtnern: Tausende zarter Setzlinge warten darauf, von ihm sanft und gefühlvoll eingepflanzt zu werden.

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