Fraunhofer IZFP

Adhäsive Haftsysteme nach dem Vorbild der Natur

13. Dezember 2022, 10:39 Uhr | Inka Krischke
Fraunhofer IZFP, GecKI
Das BMBF fördert im Rahmen der Maßnahme »KI4KMU« das Verbundvorhaben »KI-basierte Objekterkennung und adaptive Steuerung für intelligente, bioinspirierte Robotergreifsysteme zur Einbettung in Industrie 4.0-Umgebungen (GecKI)« mit circa 1,5 Mio. Euro.
© Next. robotics, Innocise

Keine Wand ist zu steil, sie laufen kopfüber an Decken, sie haften besser als jeder Profikleber: die Füße der Geckos! Dieser Effekt soll über das Verbundvorhaben »GecKI« zur Entwicklung energieeffizienter, autoadaptiver Haftpads für Robotergreifsysteme genutzt werden.

Wie kann durch Einsatz künstlicher Intelligenz ein möglichst vielseitig einsetzbares und energieeffizientes Robotergreifsystem geschaffen werden, das bei KMUs und Großunternehmen gleichermaßen einen Entwicklungssprung in der Verwendung intelligenter, selbstregulierender und flexibel skalierbarer Handhabungsprozesse auslösen kann? Mit diesem Forschungs- und Entwicklungsauftrag beschäftigen sich das an der Universität des Saarlandes ansässige Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP sowie die Firmen Innocise - eine Ausgründung aus dem INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien – und Next. robotics.

Das Ziel des Vorhabens besteht in der Weiterentwicklung von Methoden der künstlichen Intelligenz, um ein neuartiges Sensorsystem zu entwerfen, das 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. Sogenannte ‚adhäsive Haftpads‘, die am Roboterarm befestigt werden, sollen hierfür mit intelligenten Sensoren ausgestattet und danach produktunabhängig in der Fertigung eingesetzt werden. Die Anwendungsbreite reicht von sensiblen Objekten oder Oberflächen bis zu schweren Lasten, beispielsweise Glasfaser oder Autotüren.

Vorbild sind die Geckofüße, die neben anderen wünschenswerten Eigenschaften auch über die Fähigkeit verfügen, erhebliche Lasten halten zu können. Sie nutzen dabei die physikalische Adhäsion auf Basis von intermolekular wirkenden Van-der-Waals-Kräften – das heißt, sie laufen und klettern, ohne jegliche Spuren zu hinterlassen.
Im Forschungsvorhaben ‚GecKI‘ – vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit circa 1,5 Mio. Euro gefördert – will das Projektkonsortium intelligente und energieeffiziente Haftsysteme nach dem Vorbild der Natur entwickeln. 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, Wissenschaftler am Fraunhofer IZFP. Weiterer Vorteil in einer Zeit des drastischen Energiesparens: Die Adhäsionsgreifer benötigen keine externe Energiezufuhr wie zum Beispiel Vakuum- oder Magnetgreifer, wodurch die Anwendungsmöglichkeiten auf modulare Fertigungslinien erweitert werden. Die Integration der Pads in industrielle Anlagen könnte dem ‚Plug-and-Play‘-Prinzip folgen.

Erster Meilenstein zum Fühlen

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«, erklärt Dr. Sarah Fischer, verantwortliche Projektleiterin am Fraunhofer IZFP.


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