Softrobotik

Einleitung und Motivation

Softroboter sind ein aufstrebendes und schnell wachsendes Forschungsgebiet mit Anwendungspotenzial in verschiedenen technischen Bereichen. Diese Anwendungen umfassen unter anderem medizinische Anwendungen und alle Arten der Mensch-Maschine-Interaktion. Durch ihren weichen und flexiblen Aufbau können sie außerdem Aufgaben in Bereichen ausführen, die mit herkömmlichen starren Robotern schwierig zu erreichen sind. Für die Realisierung des weichen Aufbaus werden nachgiebige Materialien mit einem E-Modul im Bereich von biologischem Gewebe verwendet. Die am verbreitetsten verwendeten Materialien sind Polymere.

Aufgrund der weichen Struktur sind konventionelle Komponenten und Designmethoden nicht anwendbar. Neue Aktoren, Sensoren und Steuerungskonzepte werden derzeit entwickelt. Herkömmliche Aktoren können nicht in Softroboter integriert werden, da es sich um starre Komponenten handelt. Sie würden der weichen Struktur entgegenwirken. Daher werden für Softroboter alternative Konzepte, wie beispielsweise die Aktuierung mit längenveränderlichen Sehnen, fluidbasierten Aktoren oder elektroaktiven Polymeren (EAP) entwickelt. Für eine zuverlässige Steuerung und Positionierung des Roboters im 3D-Raum ist nicht nur die Ansteuerung wichtig, sondern vor allem die genaue Kenntnis seiner aktuellen Position und Ausrichtung. Herkömmliche Sensoren können jedoch nicht zur Abschätzung der Krümmung des Roboters verwendet werden, da sie die Weichheit des Roboters zerstören würden.

Auch für die Modellierung von Softrobotern müssen neue Konzepte untersucht werden. Im Gegensatz zu starren Robotern und flexiblen Robotern treten bei Softrobotern große elastische Verformungen auf. Daher sind etablierte Modellierungsverfahren in der Robotik, wie beispielsweise die Modellierung mit flexiblen Mehrkörpersystemen,  für Softroboter ungeeignet.

Biegesensor

Für die Messung der Biegung wird ein Biegesensor basierend auf elektrisch leitfähigem Schaumstoff untersucht. Eine Änderung des Biegewinkels des Softrobotersegments bewirkt dabei eine Änderung des Widerstands des elektrisch leitfähigen Schaumstoffs. Aus Widerstandsmesswerten kann daher mit Hilfe neuronaler Netze auf den Biegewinkel eines mit diesem Sensor ausgestatteten Softrobotersegments geschlossen werden.

Studentische Mitarbeit

Dieses Thema bietet eine Kombination aus Mechanik und Regelungstechnik und bietet viel Raum für studentische Arbeiten. Wer Interesse hat, im Rahmen einer Bachelor-/Projekt-/Masterarbeit bei diesem Thema mitzuwirken, kann sich gern bei uns melden.