Nachgiebige Systeme: Greifen ohne Gelenke

Robotergreifer aus elastischem Material braucht keine Gelenke

Einfachere, leichtere und günstigere Bauteile verspricht der Schweizer Materialwissenschaftler Flavio Campanile. Er konstruiert die Teile aus elastischen Materialien, so dass sie sich ohne mechanische Teile wie Gelenke verformen können.

Ein flexibles Krankenhausbett, eine Roboterhand ohne Gelenke, ein Flugzeugflügel ohne Landeklappen - sogenannte nachgiebige Systeme (Compliant Systems) sollen das ermöglichen.

Greifer aus einem Guss

Nachgiebige Systeme sind Bauteile, die aus einem einzigen Stück bestehen, wie etwa der Robotergreifer, den der Schweizer Materialwissenschaftler Flavio Campanile von der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) konstruiert hat. Er kann etwas greifen und hochheben. Doch anders als etwa die komplexe Hand des Serviceroboters Justin kommt er ohne Gelenke oder Scharniere aus. Sein Geheimnis: Wenn er etwas greift, verformt er sich.

Der elastische Robotergreifer braucht keine Gelenke. (Foto: Ruedi Keller, Empa)

Leichter und günstiger

Ein solches nachgiebiges System kann aus den unterschiedlichsten elastischen Materialien bestehen: aus Kunststoff ebenso wie aus Metall oder einem Faserverbundwerkstoff. Die Vorteile sind klar: Ohne Gelenke ist das Bauteil weniger kompliziert und damit einfacher herzustellen. Es ist leichter, wartungsärmer und damit natürlich auch deutlich günstiger.

Zum Vergleich: Der von Campanile entwickelte Greifer besteht aus insgesamt drei Teilen. Ein vergleichbarer herkömmlicher Greifer besteht aus zehnmal so viel Teilen. Außerdem ist er gut anderthalb mal so schwer und fast doppelt so teuer wie Campaniles elastischer Greifer.

Anwendungsfelder gebe es viele, erklärt Campanile: "Überall, wo Maschinen eingesetzt werden, lässt sich mit nachgiebigen Strukturen etwas verbessern." Das Sparpotenzial, das darin stecke, dürfte "auch Autobauer und Bauingenieure aufhorchen lassen, die bis jetzt kaum nachgiebige Strukturen verwenden", ist er überzeugt.

Elastischer Lattenrost

Campaniles Kollege Michael Sauter etwa hat ein Krankenhausbett als nachgiebiges System entworfen. Es verfügt über einen flexiblen Lattenrost, der ständig seine Form leicht verändert. Das soll verhindern, dass ein bettlägeriger Patient Druckstellen bekommt. Das Bett soll über die Empa-Ausgründung Compliant Concept vermarktet werden.

Campanile selbst will eines Tages Flugzeugflügel als nachgiebiges System bauen. "Irgendwann lassen sich Flügel ohne Ruder, Klappen und tausende von Einzelteilen konstruieren. Sie bestehen dann prinzipiell nur noch aus einem einzigen Teil, das sich laufend verformt", schwärmt er.