Fraunhofer IPA: Roboterspinne läuft mit Luftdruck

Der neue Roboter des Fraunhofer-Instituts IPA ist einer Spinne nachempfunden. Er soll sich auf acht Beinen durch Trümmer und anderes unzugängliche Gelände bewegen und mit Kameras und Sensoren Daten sammeln.

Artikel veröffentlicht am 4. November 2011, 15:44 Uhr, Werner Pluta

Roboter des Fraunhofer IPA: Form und Funktion einer Spinne (Bild: Fraunhofer IPA)

Forscher am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart haben einen Roboter nach dem Vorbild einer Spinne gebaut. Der gut einen halben Meter große Roboter soll unter anderem in Katastrophengebieten etwa nach einem Erdbeben zur Aufklärung eingesetzt werden.

Wie das natürliche Vorbild verfügt auch der Roboter über acht Beine, jedes etwa 20 Zentimeter lang. Wie bei einem Spinnenbein sind auch die Glieder der Roboterbeine durch Faltenbälge verbunden, die als Gelenke fungieren. Aber nicht nur die Form, auch die Funktionsweise haben die Wissenschaftler der Spinne nachgebildet. Die Beine werden nämlich nicht von Motoren, sondern pneumatisch angetrieben.

Pneumatisch statt hydraulisch

Eine Spinne hat in ihren Beinen keine Muskeln. Stattdessen pumpt sie eine Flüssigkeit in die Beine, wodurch diese sich strecken. "Wir haben uns dieses Fortbewegungsprinzip zunutze gemacht und auf unseren bionischen, per Computer gesteuerten Leichtbauroboter angewandt", erzählt IPA-Mitarbeiter Ralf Becker. Der Unterschied ist, dass in die Roboterbeine keine Flüssigkeit, sondern Luft gepumpt wird, diese also pneumatisch betrieben werden.

Auch der Gang ist der einer Spinne: Jeweils vier Beine bewegen sich, während vier auf dem Boden bleiben und für einen sicheren Stand sorgen. Läuft der Roboter, werden jeweils diagonal gegenüberliegende Beine angesteuert. Über Scharniere werden die Beine nach vorne oder hinten gedreht. Werden die beiden vorderen Beinpaare gebogen, wird der Körper gezogen, durch Strecken der hinteren wird er geschoben.

Kameras und Sensoren

Die Komponenten des Antriebs wie Ventile und die Kompressorpumpe sowie die Steuerungseinheit des Roboters sind in dessen Körper untergebracht. Dort werden auch die für einen Einsatz benötigten Sensoren angebracht. In einem Einsatz wird die Roboterspinne mit Kameras und Messgeräten ausgerüstet, um den Rettungskräften Bilder von der Situation vor Ort sowie Lagebilder und Daten über Giftstoffe liefern zu können.

Laufroboter wie der Space Climber oder der Scorpion, die vom Deutschen Forschungsinstitut für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Bremen entwickelt wurden, können sich in unwegsamem Gelände besser fortbewegen als ein Roboter auf Rädern.

Roboter aus dem 3D-Drucker

Die Beine, die sowohl aus starren als auch aus flexiblen Komponenten bestehen, werden per selektivem Lasersintern-3D-Druck aus einem einzigen Stück gefertigt. Vorteil des 3D-Druckverfahrens sei, dass in einem Durchgang ein oder auch gleich mehrere Beine aufgebaut werden können. "Wir minimieren den Montageaufwand, sparen Material ein und reduzieren die Bauzeit", sagt Becker. "Durch die modulare Bauweise lassen sich einzelne Teile schnell austauschen. Unser Roboter lässt sich so preiswert fertigen, dass er nach einmaligem Gebrauch entsorgt werden kann - wie ein Einmalhandschuh."

Das Team um Becker hat bereits gute Erfahrungen mit hydraulisch betriebenen, bionischen Robotersystemen gesammelt: Die Wissenschaftler haben zusammen mit dem Esslinger Unternehmen Festo den bionischen Handling-Assistenten konstruiert. Für den Roboterarm erhielten die Entwickler von Bundespräsident Christian Wulff den Deutschen Zukunftspreis 2010. Den Prototyp des Spinnenroboters wollen die Stuttgarter Forscher Ende des Monats auf der Euro Mold 2011 vorstellen. Die Messe findet vom 29. November bis zum 2. Dezember in Frankfurt am Main statt.