Weiche Materialien für smarte Robotersysteme

Viskoelastische Polymere eröffnen neue Chancen für Soft Robots. Ein Team der Uni Stuttgart untersucht, wie sich mechanische Intelligenz in Materialien einbetten lässt.

Die Universität Stuttgart baut ihre Forschung im Bereich Soft Robotics aus: Juniorprofessor Aniket Pal dabei erhält für seine Arbeiten zu viskoelastischen Polymeren eine Förderung der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Emmy-Noether-Programm. Das Projekt ist auf sechs Jahre angelegt und mit 1,5 Mio. € ausgestattet.

Soft Robots unterscheiden sich grundlegend von klassischen Maschinen aus Stahl oder Aluminium: Sie bestehen aus flexiblen Polymeren. Pals Team untersucht dabei Materialien, die sowohl elastische als auch viskose Eigenschaften besitzen. Ihr Verhalten hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der Kräfte wirken – schnelle Belastungen führen zu elastischem, langsame zu viskosem Verhalten.

Mechanische Metamaterialien

Im Zentrum der Arbeiten steht nicht nur die Wahl geeigneter Materialien, sondern auch deren geometrisches Design auf der Skala von Millimetern. Pal spricht von einer "Grauzone zwischen viskoelastischer Verformung und mechanischer Instabilität". Entsprechend gestaltete Strukturen werden in der Forschung als mechanische Metamaterialien bezeichnet.

Potenzielle Anwendungen reichen von Greifern für empfindliche medizinische Instrumente über Implantate bis hin zu stoßabsorbierenden Helmen. In allen Fällen könnten die weichen Strukturen Energie aufnehmen, ohne den Nutzer zu belasten.

Daten und Modelle

Das Team plant, die gewonnenen experimentellen Daten als Open-Source bereitzustellen. Ergänzend sollen analytische und numerische Modelle entwickelt werden, um das Verhalten der Materialien und Strukturen zu beschreiben. Damit könnten künftige Anwendungen in Medizin und Industrie beschleunigt werden.