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04.09.2019 | Robotik | Im Fokus | Onlineartikel

Wie Roboter sich selbst heilen können

Autor:
Dieter Beste

Um mit zerbrechlichen Objekten geschickt umgehen zu können, müssen Roboterhände weich und sensibel sein. Allerdings – weiche Oberflächen sind anfällig für Risse. Selbstheilende Polymerwerkstoffe könnten die Lösung sein.

In dem von der EU geförderten Projekt SHERO (Self-HEaling soft Robotics) haben sich Forscher und Entwickler aus mehreren Ländern das Ziel gesetzt, Roboter zu entwickeln, die sich selbst reparieren können. Damit nun Roboter Verletzungen ihrer Hand eigenständig, also möglichst ohne menschliches Zutun "heilen" können, entwickeln Forscher geeignete Polymermaterialien für die Roboterhaut. Darin eingebettete Funktionsmaterialien sollen schließlich dafür sorgen, den Selbstheilungsbedarf zu erkennen und den -prozess zu aktivieren, so das Kalkül der Wissenschaftler.

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2019 | OriginalPaper | Buchkapitel

Self-Healing Polymers: From Biological Systems to Highly Functional Polymers

The self-healing phenomenon is well-known from nature. Since the last 15 years, several approaches were developed in order to transfer this behavior into synthetic materials and to enable the preparation of multifunctional polymers. The following …

Beteiligt an dem Projekt im Rahmen des EU-Programms "Future & Emerging Technologies" sind Wissenschaftler der Vrije Universiteit Brussel (VUB), der University of Cambridge, der École Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de la ville de Paris (ESPCI-Paris), des EMPA-Forschungsinstituts der ETH Zürich und des niederländischen Polymerherstellers SupraPolix, das sein Know-how aus der Entwicklung selbstheilender Kunststoffmaterialien in das Projekt einbringt. 

Bei selbstheilenden Polymeren sind reversible, nichtkovalente Wechselwirkungen ein wiederkehrendes Wirkprinzip. Projektleiter Bram Vanderborght von der VUB weist darauf hin, dass man in den letzten Jahren bereits erste Schritte unternommen habe, derart selbstheilende Materialien für Roboter zu verwenden. Und: "Wir werden maschinelles Lernen einsetzen, um an der Modellierung und Integration dieser selbstheilenden Materialien, Heilen von Aktoren und Sensoren, Schadenserkennung, Lokalisierung und kontrollierte Heilung zu arbeiten. Das Ziel ist es, die selbstheilenden Sensoren und Aktoren in Demonstrationsplattformen zu integrieren, um bestimmte Aufgaben ausführen zu können", präzisiert Thomas George Thuruthel, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität Cambridge.

Zukünftig werden wir intelligente oder adaptive Werkstoffe (smart materials) einsetzen, die in der Lage sind, während des Einsatzes auf Änderungen der Umgebungsbedingungen selbstständig zu reagieren und ihre Eigenschaften anzupassen. Dabei müssen in solchen Systemen neben dem Trägermaterial, das die strukturellen und mechanischen Eigenschaften gewährleistet, weitere funktionale Elemente integriert werden. Ein sehr aktuelles und interessantes Forschungsgebiet stellen dabei die sogenannten selbstheilenden Werkstoffe dar. Dabei werden Werkstoffschädigungen entsprechend den Vorbildern aus der Natur vom Werkstoff selbst ‚repariert‘." Wolfgang Waldhauser und Eva Maria Neubauer im Kapitel "Werkstoffeigenschaften" des Buches "Interaktive Lehre des Ingenieursstudiums", Seite 54.

Flexible Sensoren und Aktoren

Die Forscher der Schweizer Empa wiederum wollen sich im Projekt auf die Entwicklung von neuen flexiblen Sensoren und Aktoren konzentrieren, die in die selbstheilenden Polymere eingebettet werden können: "In einem ersten Schritt werden wir unsere elastischen, piezoresistiven Sensorfasern in selbstheilende Polymere einbetten, um die Dehnung kontinuierlich zu erfassen und den Bereich zu erkennen, in dem die Selbstheilung aktiviert werden muss", berichtet Empa-Wissenschaftler Frank Clemens. In einem späteren Schritt sollen je nach Endanwendung andere Arten von Sensoren und Aktoren hinzukommen.

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