Intelligentes Greifwerkzeug mit selbst-adaptiven Eigenschaften – innovative Techniklösung nach biologischem Vorbild (BioGrip)

Problemstellung
Greifwerkzeuge sind in vielen automatisierten technischen Prozessen, wie in der Landwirtschaft oder der Lebensmittelindustrie, Stand der Technik. Hierbei ist die Integration von Sensoren zur Regelung von beispielsweise Anpressdruck, Lage oder Position, bereits realisiert worden. Dabei handelt es sich jedoch in der Regel um sehr spezielle Werkzeuge für gut definierbare, unsensible Waren oder Handgriffe. Ein intelligenter, universeller und skalierbarer Greifer – ähnlich der menschlichen Hand – ist aufgrund der Vielfalt an möglichen Geometrien bis jetzt nicht realisiert worden.

Ziel
Diese Lücke versucht das Forschungsprojekt BioGrip zu schließen. Nach dem Vorbild von Knochenfischen, dem sogenannten FinRay-Effekt, wird durch die geschickte Kombination von weichen und harten Komponenten ein konturangepasstes, vollflächiges und KI-gesteuertes Greifwerkzeug entwickelt. Dieses universell einsetzbare Greifwerkzeug soll durch den gemeinsamen Einsatz von moderner 3D-Drucktechnik mit integrierter 3D-Sensorik realisiert werden.

Vorgehensweise
Dazu werden Demonstratoren mittels additiver Fertigung und integrierter Sensorik konzipiert, gebaut und getestet. Diese entstehen mittels 3D-Druck durch die Umsetzung des biologischen Funktionsprinzips FinRay in technische Material- und Strukturlösungen. Zwei Anwendungspaten aus den Bereichen Raumfahrt und Landwirtschaft tragen neben Anwendungsszenarien und Spezifikationen zur Ergebnisevaluation und -verwertung bei. Die Innovation ist die Entwicklung einer flexiblen Ultraleichtbauweise mit Strukturintelligenz, bei der keine Punktlasten erzeugt werden. Somit kann ein optimaler Kraftfluss in der Struktur gewährleistet und eine hohe Robustheit und Belastbarkeit realisiert werden. Verfahrenstechnisch integrierte und zu erarbeitende Sensoren lassen den Greifer wie eine menschliche Hand fühlen. Umgesetzt und evaluiert wird dies für die Probenentnahme bei Unterwassermissionen, bei der das behutsame Greifen von Seegurken, Weichkorallen, Schalentieren und Fischen nötig ist.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Bei erfolgreicher Umsetzung entsteht ein universelles und sensitives Greifwerkzeug mit hoher Skalierbarkeit und Leichtbauaspekten, welches ein breites Einsatzszenario beispielsweise bei druckempfindlichem Obst und Gemüse aufweist. Darüber hinaus besteht das Potenzial, durch die Leichtbauaspekte des Greifers die Autonomie von Raumfahrzeugen durch integrierte Sensorik und Analysealgorithmen erheblich zu steigern.

• EvoLogics GmbH
• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein