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Raffinierter Rüssel

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Ideen aus der Natur (Foto: Festo)

Stuttgart, 02.12.2010 | 

Inspiriert vom Elefantenrüssel haben Forscher einen völlig neuen Roboterarm entwickelt. Feinfühlig und flexibel arbeitet der neuartige Hightech-Helfer für Industrie und Haushalt. Für diese Entwicklung haben Dr.-Ing. Peter Post und Dipl.-Ing. Markus Fischer von Festo (Esslingen am Neckar) sowie Dipl.-Ing. Andrzej Grzesiak vom Fraunhofer IPA (Stuttgart) am 1. Dezember den Deutschen Zukunftspreis 2010 erhalten. Der Preis des Bundespräsidenten für Technik und Innovation ist mit 250.000 Euro dotiert und würdigt sowohl die Entwicklung des Verfahrens als auch dessen erfolgreiche Umsetzung in den Markt. Mit ihrer Innovation setzte sich das Team gegen zwei weitere herausragende Projekte durch, die die Jury für die Endrunde nominiert hatte.

Geschickt greift der Elefant mit seinem Rüssel nach dem Apfel auf dem Boden. Vorsichtig umfasst er ihn mit der Rüsselspitze, hebt ihn hoch über seinen Kopf und legt ihn dann sanft in der Hand seines Pflegers ab. Etwa 40.000 Muskeln machen den Rüssel zu einer äußerst flexiblen Greifhand, die sich in jede Richtung frei bewegen und sogar rotieren lässt. Ein geniales Werkzeug - kraftvoll, biegsam und dennoch feinfühlig.

Ähnlich flexibel und sanft agiert auch der Hightech-Rüssel, den Forscher der Firma Festo aus Esslingen am Neckar gemeinsam mit ihren Kollegen vom Stuttgarter Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA entwickelt haben. Behutsam nimmt er mit drei Fingern ein rohes Ei aus der Hand des Entwicklers Peter Post und reicht es vorsichtig an Markus Fischer weiter - fast genauso elegant wie sein biologisches Vorbild.

Die filigranen und fließenden Bewegungen ermöglicht die ausgeklügelte Konstruktion des bionischen Handhabungs-Assistenten. "Der Kunststoff-Rüssel besteht aus aneinandergesetzten Balgstrukturen, einer beweglichen Handachse und einem Greifer mit drei Fingern", erläutert Post, der das Forschungs- und Entwicklungsprojekt bei Festo leitet. Die Strukturelemente sind flexibel und lassen sich über Druckluft bewegen. Wird Luft hineingepumpt, dehnen sich die Balgstrukturen wie eine Ziehharmonika aus. So lässt sich der Hightech-Rüssel von 70 auf 110 Zentimeter verlängern.

Auch die drei Greiffinger des Rüssels sind einem biologischen Vorbild nachempfunden - der Schwanzflosse einer Forelle. Die Besonderheit: Drückt man mit dem Finger leicht gegen diese "FinGripper", so knicken sie nicht in Druckrichtung weg, sondern bewegen sich zum Finger hin. Die einzelnen Struktur-Elemente des flexiblen Arms sind generativ gefertigt. Deshalb ist der Kunststoff-Rüssel besonders leicht und weich.

Direkt aus den Konstruktionsdaten werden die Bauteile des Hightech-Rüssels Schicht für Schicht aus feinem Polyamid-Pulver aufgebaut. "Ein Laserstrahl schmilzt gezielt an den vorgegebenen Stellen das Pulver. Das Ganze funktioniert im Grunde ähnlich wie ein Drucker, aber in drei Dimensionen", erläutert Andrzej Grzesiak vom IPA. Der große Vorteil: Mit der "Generativen Fertigung" lassen sich beliebig komplexe Geometrien und innere Strukturen herstellen. Nichts muss mehr zusammengesetzt werden - die Bauteile entstehen in einem einzigen Arbeitsgang.

Obwohl der flexible Arm nur 1,8 Kilogramm wiegt, kann er bis zu 500 Gramm heben. Zum Vergleich: Herkömmliche Industrieroboter können lediglich etwa ein Zehntel ihres Gewichts bewegen. Ein weiterer Vorteil der neuartigen "dritten Hand": Das System ist besonders leicht und elastisch, da es anders als klassische Roboter nicht aus Metall, sondern aus Kunststoff besteht und mit Druckluft arbeitet. Das ermöglicht eine einzigartige Zusammenarbeit zwischen Mensch und Technik.

"Eigentlich ist es gefährlich, im Umfeld von dynamisch agierenden Maschinen zu arbeiten. Unser Ziel war es, ein Handling-System zu schaffen, das inhärent nachgiebig ist - das heißt, dass der Mensch mit diesem System risikolos zu jeder Zeit zusammenarbeiten kann", sagt Markus Fischer, Leiter Corporate Design bei Festo. Die "dritte Hand" lässt sich überall einsetzen, wo Menschen maschinelle Unterstützung benötigen: als Erntehelfer in der Landwirtschaft, beim Verpacken von empfindlichen Waren oder in Kfz-Werkstätten, in der Rehabilitation oder gar im Haushalt.

Der Bundespräsident würdigte die nominierten Projekte: "Die in diesem Jahr nominierten Projekte geben Antworten auf wichtige Fragen wie Energieeffizienz, den schonenden Umgang mit Ressourcen und die demographische Entwicklung." Der Bundespräsident rief dazu auf, in Deutschland noch mehr Interesse für Technik und Innovation zu wecken. "Auch wenn Deutschland gegenwärtig im internationalen Wettbewerb gut dasteht, ist Wohlstand durch Innovation kein Selbstläufer", so Christian Wulff.

Der Deutsche Zukunftspreis wurde in diesem Jahr zum 14. Mal vergeben. Er unterscheidet sich von anderen Wissenschaftspreisen dadurch, dass er neben der wissenschaftlichen Leistung die Marktfähigkeit von Innovationen und die damit verbundene Schaffung von Arbeitsplätzen bewertet. Der Deutsche Zukunftspreis bringt der Öffentlichkeit die in Deutschland vorhandenen wissenschaftlichen und technischen Innovationspotenziale ins Bewusstsein. Er wird ermöglicht durch die großzügige Förderung eines Konsortiums deutscher Stiftungen und Unternehmen. Diese sehen in der Unterstützung der Zielsetzungen des Deutschen Zukunftspreises auch einen wichtigen Beitrag für ein technik- und innovationsfreundliches Klima in Deutschland.

www.festo.com
www.ipa.fraunhofer.de
www.deutscher-zukunftspreis.de

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