12.08.2019 - Empa (Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt)

Roboter fühlen "Schmerz" und reparieren sich selbst

Selbstheilende Materialien könnten komplexe, kostspielige Reparaturen überflüssig machen

Ein multinationales Projekt zur Entwicklung einer neuen Generation von Robotern, die sich selbst heilen, wird über die nächsten drei Jahre von der EU mit 3 Millionen Euro unterstützt. Daran beteiligt sind Forscher der Vrije Universiteit Brussel, der University of Cambridge, der École Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de la ville de Paris (ESPCI-Paris), der Empa und des niederländischen Polymerherstellers SupraPolix im Rahmen des EU-Programms "Future & Emerging Technologies".

Roboter spielen eine immer größere Rolle im täglichen Leben und bei der Arbeit. Bald werden Roboter nicht nur in Fabriken und Labors zu finden sein, sondern uns auch im Alltag unterstützen. Sie werden im Haushalt helfen, die Arbeitsbelastung verringern und das Leben sicherer machen. Roboter arbeiten dann Seite an Seite mit Menschen, daher es ist wichtig, dass dies sicher geschieht. Um mit zerbrechlichen Objekten geschickt umgehen zu können und die Sicherheit der Menschen zu gewährleisten, werden viele Roboter der nächsten Generation aus flexiblen Materialien bestehen. Dadurch werden sie Menschen weniger verletzen. Allerdings sind diese „weichen“ Roboter besonders anfällig für Risse durch scharfe Gegenstände. Die erforderlichen Reparaturen werden oft lange dauern und daher sehr kostspielig sein.

Wissenschaftler arbeiten daher im Rahmen des neuen SHERO-Projekts (Self-HEaling soft RObotics) an Technologien, mit denen solche Roboter Schäden eigenständig "heilen" können. Damit dies möglichst ohne menschliches Zutun geschehen kann, suchen die Forscher nach selbstheilenden Materialien wie etwa flexiblen Kunststoffen, aus denen die Roboter gebaut werden. Eingebettetes Funktionsmaterial könnte dafür sorgen, den Selbstheilungsprozess zu erkennen und zu aktivieren. Das ehrgeizige Ziel des europäischen Projekts ist es, einen sanften Roboter aus selbstheilendem Material zu schaffen, der Schäden erkennt, die notwendigen Schritte einleitet und den Defekt – wenigstens vorübergehend – selbst behebt. So kann er laufende Arbeitsprozesse abschliessen, um dann während Servicearbeiten vollständig repariert zu werden.

Partner bringen ihr spezielles Knowhow ins Projekt ein

Das Projekt SHERO wird von der Universität Brüssel (VUB) mit einem Team von Wissenschaftlern des Roboterforschungszentrums Brubotics und des Polymerforschungslabors FYSC geleitet. Projektleiter Bram Vanderborght erklärt: „Wir freuen uns sehr, an der nächsten Robotergeneration zu arbeiten. In den letzten Jahren haben wir bereits erste Schritte unternommen, um selbstheilende Materialien für Roboter herzustellen. Mit dieser Forschung wollen wir fortfahren und vor allem sicherstellen, dass Roboter, die in unserem Arbeitsumfeld eingesetzt werden, sicherer, aber auch nachhaltiger sind. Aufgrund des Selbstreparaturmechanismus der weichen Roboter könnten komplexe, kostspielige Reparaturen der Vergangenheit angehören."

Thomas George Thuruthel, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Bereich Sensorik und Selbstheilung für weiche Robotik an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Universität Cambridge: „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. “

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

Tonny Bosman, CEO von SupraPolix: „Wir fühlen uns privilegiert, Partner in diesem Konsortium der europäischen Spitzenforschungsgruppen für weiche Robotik zu sein. Wir sind davon überzeugt, dass unsere selbstheilenden Materialien dieses Gebiet auf die nächste Ebene heben und damit einen Mehrwert für SupraPolix, die Robotik und die gesamte Community schaffen können. “

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