Dieser Roboter hat keine Arme, keine Beine, kein Gesicht. Überhaupt entspricht er kaum den gängigen Vorstellungen eines Roboters, wie ihn Jahrzehnte Science-Fiction-Filmen in uns geprägt haben: Er besteht nämlich aus Tetraedern, das heißt, Pyramiden mit dreieckiger Grundfläche. Und dennoch, oder genau deshalb, wird ARTS in seinen Anwendungsgebieten eine wichtige Lücke schließen. ARTS steht für „Adaptiver Roboter mit tetraedrischer Struktur“. Entwickelt hat ihn Prof. Johannes Gerstmayr und sein Team am Institut für Mechatronik. Sein Können spielt ARTS nicht allein, sondern im Verbund mit einer ganzen Reihe baugleicher Geschwister aus: Mehrere adaptive tetraedrische Elemente (ATEs) können sich zu einer größeren Struktur vereinen und dabei aufgrund der Tetraeder-Form nahezu beliebige Gestalt annehmen. Die einzelnen ATEs enthalten einen Mikrocomputer, Aktuatoren, Sensoren und eine eigene Energieversorgung.
Vorteile des Tetraeders
Derartige sogenannte zellulare Roboter sind keine grundsätzlich neue Erfindung, es gibt sie zum Beispiel schon bisher in Würfelform. „Bisherige zellulare Roboter bestehen aus starren würfelförmigen Zellen, können sich autonom im Raum bewegen und sich mit mehreren Robotern zu einer größeren Struktur vereinigen, jedoch nur eingeschränkt eine andere Gestalt annehmen“, erklärt Johannes Gerstmayr. Hier setzt seine Entwicklung an: ARTS erfüllt alle diese Anforderungen und die einzelnen ATEs können außerdem alle sechs Kanten unabhängig voneinander verlängern oder verkürzen, was so aufgrund der tetraedrischen Form sechs Freiheitsgrade erlaubt: „ARTS kann sich in alle drei Richtungen im Raum vergrößern und zugleich verzerren. Damit ist jede lineare Deformation möglich.“
Verbunden werden die einzelnen Einheiten mechanisch, die Verbindungsstellen kommen aus dem 3D-Drucker. „Das Verbindungssystem ist eigentlich relativ einfach. Wir haben aber einige Durchgänge gebraucht, um die einzelnen Anschlussmodule richtig hinzukriegen, was mit dem 3D-Druck ja kein Problem ist. Die Anschlusspunkte sind an den Seitenflächen angebracht, nicht direkt am Gelenk – das eröffnet mehr Möglichkeiten, die Einheiten zu verbinden“, sagt Johannes Gerstmayr. Nach dem Proof of Concept mit derzeitigen ATEs, deren einzelne Kanten noch 20 Zentimeter messen, ist das nächste Ziel schon definiert: „Wir wollen ARTS wesentlich kleiner machen – technisch gesehen sind einzelne ATEs mit einer Seitenlänge von einem Zentimeter oder sogar weniger denkbar, und etwa mit Metallen auch sehr stabil umzusetzen. Letztlich ist das eine Kostenfrage“, erklärt der Mechatroniker.
Vielfältiger Einsatz
Adaptive Roboter können vielfältig eingesetzt werden: Denkbar ist etwa, ARTS in industriellen Produktionsstätten für das Handling und die spannungsfreie Lagerung von großen flexiblen Bauteilen einzusetzen, etwa Flugzeug-Tragflächen – statt händisch angefertigten Spezialvorrichtungen könnte ARTS zum Einsatz kommen und Unebenheiten bei gelagerten Teilen ausgleichen. Oder: Grenzübergreifende Zusammenarbeit an Computermodellen über das Internet, etwa in der Architektur, kann vom Virtuellen ins Reale wandern – indem zum Beispiel Architekturmodelle durch ARTS an beiden „Enden“ der Internetverbindung aufgebaut werden und Änderungen am einen Ende durch das Internet zeitgleich auch am zweiten Modell umgesetzt werden. „Wir haben mehrere Ideen, fest steht jedenfalls, dass der Fantasie bei möglichen Anwendungsgebieten kaum Grenzen gesetzt sind.“
Johannes Gerstmayr und sein Team sind derzeit auf der Suche nach Partnern, mit denen sie ARTS weiterentwickeln können: „Wir sind überzeugt davon, dass wir durch weitere Miniaturisierung den Übergang zu einem adaptiven ‚Material’ mit dem Potential zu einer disruptiven Technologie schaffen können – dafür brauchen wir allerdings Partner, um die ATEs auch in größerem Stil zu produzieren und zur Marktreife bringen zu können.“