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Soft Robots – Die weiche (R)Evolution der Maschinen

© Robert F. Shepherd et al. PNAS 2011;108:20400-20403

X‑förmige Kriechroboter: PN-Aktivierungssequenz (Links) und Schnappschüsse (Rechts) eines weichen Roboters, der zu einer kurzen Lücke kriecht, darunter schwingt und dann auf der anderen Seite wieder kriecht.

Eine Welt ohne Roboter ist heute kaum noch denkbar. Auch wenn sie im Leben der meisten Menschen selten direkt in Erscheinung treten, sind beispielsweise Industrieroboter durch den Zusammenbau von Smartphones oder Autos bereits lange essenzieller Bestandteil unseres Lebens. Aber auch in anderen Lebensbereichen wie Medizin und Pflege oder als Serviceroboter im Haushalt oder in Restaurants werden sie zunehmend eingesetzt. Bei der direkten Interaktion mit Menschen besitzen sie jedoch einen entscheidenden Nachteil – ihre harte Struktur, die zu Verletzungen führen kann. Hier setzen Soft Robots an, also Roboter, die teilweise oder vollständig aus nachgiebigen Materialien bestehen und an biologische Systeme angelehnt sind. Sie sollen das Zusammenleben von Mensch und Maschine langfristig revolutionieren.

Zukünftig könnten Soft Robots z. B. für Such- und Bergungseinsätze auf unzugänglichem Terrain, zur Unterstützung in der Altenpflege, zur Handhabung besonders empfindlicher Gegenstände oder in der Rehabilitation z.B. zur Formung von Gliedmaßen eingesetzt werden. Aber nicht nur in der Interaktion mit Menschen besitzen Soft Robots Vorteile. Sie könnten aufgrund ihrer Flexibilität auch als Diagnose- und Wartungsroboter in engen Tunnelschächten, Röhren oder in der Raumfahrt genutzt werden. Im Idealfall sind solche Roboter nicht nur nachgiebig, sondern auch in der Lage, sich auf ein Signal hin selbst zu zersetzen. Dazu müssen sie aus Verbindungen aufgebaut sein, die sich verhältnismäßig einfach durch physikalische (z. B. Temperatur), chemische (z. B. Säure) oder biologische Einflüsse (z. B. Mikroorganismen) zersetzen lassen und dabei zu physiologisch bzw. ökologisch unbedenklichen Abbauprodukten zerfallen. Damit wären sie hervorragend dazu geeignet, Aufgaben in der Umweltüberwachung (z.B. zur Detektion von Schwermetallen im Wasser) zu übernehmen. Für die Industrie sind dabei ganz besonders hybride Systeme für kollisionstolerante Roboter von Interesse, die sowohl aus weichen, aber auch aus starren Elementen bestehen, um die Zusammenarbeit zwischen Arbeitern und Maschinen zu erleichtern.

Die Forschung an Soft Robots ist ein sehr interdisziplinäres Feld, das Expertisen aus Informatik, Materialwissenschaften, Bionik und dem Maschinenbau nutzt. Das Ziel ist, hierbei möglichst alle technischen Anlagen wie Sensorik und Aktorik, Steuerungscomputer, Energieversorgung und Kommunikationsvorrichtungen nachgiebig zu gestalten. Smart Materials wie Formgedächtnismaterialien oder dielektrische Elastomere sollen dabei als künstliche Muskeln, für flexible organische Elektronik und Sensorik sowie zur Energieversorgung eingesetzt werden.

Erste wichtige Entwicklungsschritte hin zu Soft Robots wurden mittlerweile vollzogen und mit einer stetigen Weiterentwicklung der Technologie kann gerechnet werden. Demonstrationsobjekte, die die derzeitigen Gestaltungsmöglichkeiten von Soft Robots aufzeigen, sind z.B. X‑förmige Kriechroboter, raupenartige Soft Robots, fisch- sowie rochenartige Roboter, handähnliche Gebilde und Greifer mit zumeist drei bis sechs Fingern. Ein größerer Durchbruch im Massenmarkt steht derzeit noch aus, bietet aber große wirtschaftliche Potenziale.

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