No-Touch Robotics: Schallwellen werden zum Kleinteile-Spediteur

Ein Schweizer Forscher sperrt Objekte mit Hilfe von Schall berührungslos in einen unsichtbaren Käfig. Das verhindert, dass sie durchs Zupacken zerbrechen.

Artikel von Wolfgang Kempkens veröffentlicht am 25. Februar 2020, 8:58 Uhr

Der Schallwellenkäfig ist ein Transportgefäß für sehr, sehr empfindliche Gegenstände. (Bild: ETH Zürich/Stefan Weiss)

Schallwellen machen Besucher von Konzerten glücklich und Embryos im Mutterleib sichtbar. Sie lassen Staubteilchen vor den Membranen mächtiger Basslautsprecher tanzen, sie finden metallische Schätze in der Erde und U-Boote in den Meeren. Kurzum: Sie sind für vieles zu gebrauchen - und künftig sogar als Transportbehälter.

Es klingt verrückt, scheint aber zu klappen. Marcel Schuck, der an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich am Labor für Leistungselektronik promoviert hat und jetzt als ETH-Pioneer-Fellow forscht, hat einen berührungslosen Greifer für einen Roboterarm entwickelt und erfolgreich getestet. Er nennt sein Projekt No-Touch Robotics.

Die Klauen des Greifers sind Halbkugeln, die der junge Wissenschaftler per 3D-Druck hergestellt hat. In deren Innerem hat er kleine Lautsprecher angebracht, aus denen Ultraschall kommt. Dieser treibt kleine Objekte vor sich her wie die Membran eines großen Lautsprechers die Staubteilchen. Da es eine ganze Reihe von Schallquellen gibt, lassen diese sich so lenken, dass akustische Fallen entstehen, aus denen die Objekte nicht entweichen können. Sie werden von allen Seiten mit Schallwellen bombardiert - sobald sie versuchen zu entkommen, schubsen die Schallwellen sie zurück.

Schall sorgt auch für exakte Positionierung

Derart gefangen bringt sie der Roboterarm zu ihrem Bestimmungsort. Dort werden sie zielgenau abgelegt, selbst wenn der Arm nicht sonderlich exakt arbeitet. Mehr Präzision bedeutet höhere Material- und Herstellungskosten, die gern eingespart werden. Für die exakte Positionierung sind ebenfalls die Schallwellen zuständig. Eine Software, die Schuck entwickelt hat, ändert deren Richtung, so dass das Objekt millimetergenau ins Ziel gelenkt wird.

Gedacht ist der Greifer für den Transport und die Positionierung von hochwertigen empfindlichen Kleinteilen, etwa Zahnräder von Uhren oder mikroelektronische Bauteile. Die einen werden präzise auf eine Achse im Uhrwerk gesteckt, an den anderen werden feine Leiter angebracht, die sie mit der Außenwelt verbinden, um schließlich eine Schutzhülle zu bekommen. Das nennt sich Einhausen.

Heute nutzt man dazu Softgreifer mit weichen Klauen. Doch die verschmutzen leicht, was bei Hochpräzisionsobjekten ungünstig ist. Außerdem lassen sich die Bauteile nicht präzise positionieren. Dazu kommt, dass bei aller Softness Teile beschädigt werden können. Schuck, der ETH-Doktorand Marc Röthlisberger und Masterstudent Christian Burkard arbeiten jetzt daran, den Greifer zur Serienreife zu bringen.

No-Touch Robotics hat, da ist Schuck ganz sicher, große Vorteile für die Industrie - nicht nur, dass nichts mehr kaputtgeht. Heute müssen Greifer noch exakt an die Form des Objekts angepasst werden, das sie erfassen sollen. Das geht ins Geld, denn die Klauen sind teuer in der Herstellung. Eine Hardware-Anpassung ist mit dem berührungslosen Greifer nicht mehr nötig, denn die Software sorgt für die jeweils passende akustische Falle.