Soft Material Robotic Systems

Mithilfe von Materialien, die ähnliche Steifigkeit wie menschliches Gewebes aufweisen, wird das Verletzungsrisiko bei der Interaktion zwischen Mensch und Roboter deutlich reduziert. Weitere potenzielle Anwendungsgebiete liegen in der Medizintechnik oder der Explorationsrobotik. Die erhöhte aktive und passive Anpassbarkeit weicher Strukturen bietet allerdings nicht nur ein hohes Potenzial, sondern stellt Forscher auch vor neue Herausforderungen hinsichtlich des Designs, der Modellierung und der Regelung softer robotischer Systeme.

Schwerpunkt der letzten Jahre am match war und ist die Entwicklung und Implementierung eines Frameworks, welches die Designoptimierung und kinematische Modellierung softer pneumatischer Aktoren umfasst. Für die zukünftigen Forschungsvorhaben kann auf diese bereits geleisteten Arbeiten zurückgegriffen werden. Mit dem Simulationsframework können ausgehend von einem Aktor-Design die Geometrie- oder Materialparameter mit Hilfe eines genetischen Algorithmus so angepasst werden, dass beispielsweise eine möglichst große Krümmung des soften Aktors realisiert werden kann. Der -Algorithmus sowie die Simulation basieren auf dem Zusammenspiel von MATLAB und der FEM-Software Abaqus. Zum anderen wird die Schnittstelle MATLAB – Abaqus dafür genutzt, echtzeitfähige kinematische Modelle in Form von künstlichen neuronalen Netzwerken abzuleiten.

Damit das Potenzial der SMRS in Zukunft weiter ausgeschöpft und bestehende Herausforderungen in der Entwicklung überwunden werden können, hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) auf Initiative des match das Schwerpunktprogramm (SPP) "Soft Material Robotic Systems" ins Leben gerufen. Seit 2019 arbeiten deutschlandweit Forschungseinrichtungen an der Erforschung softer Robotersysteme. Forschungsschwerpunkte sind dabei unter anderem der Einsatz und die Synthese neuer funktioneller Materialien, die Entwicklung von soften Aktoren und Sensoren, die Modellierung softer Systeme sowie ihre Regelung.