(v.l.n.r.) Dipl.-Ing. (FH) Markus Fischer, Dr.-Ing. Peter Post, Dipl.-Ing. Andrzej Grzesiak

Dr.-Ing. Peter Post (Sprecher)
Dipl.-Ing. (FH) Markus Fischer
Dipl.-Ing. Andrzej Grzesiak*
Festo AG & Co. KG., Esslingen
*Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart

Roboter in der Industrie übernehmen schwere, eintönige oder gefährliche Tätigkeiten – und entlasten damit ihre menschlichen Kollegen. Mit ihnen im Team kooperieren können die maschinellen Arbeiter jedoch nicht. Dafür sind Maschinen zu plump und unsensibel. Mechatronische Assistenten einer neuen Generation sollen dagegen zu echten Helfern werden – und über mögliche Anwendungen in der Industrie hinaus sogar kranke oder gebrechliche Menschen unterstützen. Wie lässt sich diese Vision verwirklichen?

Dr.-Ing. Peter Post, Dipl.-Ing. (FH) Markus Fischer und Dipl.-Ing. (FH) Andrzej Grzesiak fanden die Antwort auf diese Frage in der Natur: Indem die Forscher – nach dem Prinzip der Bionik – natürliche Konstruktionsprinzipien auf ein Assistenzsystem übertrugen und weiterentwickelten, schufen sie ein einzigartiges Handhabungssystem mit fast menschlicher Leichtigkeit, Geschicklichkeit und Flexibilität. Es kann Menschen behutsam und gefahrlos zur Hand gehen. Peter Post leitet das Forschungs- und Entwicklungsprojekt bei Festo. Markus Fischer ist für das Corporate Design bei dem Esslinger Maschinenbauunternehmen verantwortlich – und etablierte 2006 das Festo Bionic Learning Network, in dem Unternehmen und Hochschulen gemeinsam technische Konzepte nach dem Vorbild der Natur realisieren. Andrzej Grzesiak ist Kooperationspartner dieses Projekts und Leiter der Gruppe Generative Fertigung am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA.

Der Prototyp des „Bionischen Handling-Assistenten“, den die drei nominierten Forscher entwickelt haben, ähnelt einem Elefantenrüssel. Er besteht aus einem künstlichen Rüssel, einem Handgelenk und einem Greifer mit drei Fingern. Ein Novum ist seine enorme Nachgiebigkeit. So passen sich die Finger von selbst an jeden gegriffenen Gegenstand an, und der Greifer ist in der Lage, die ausgeübte Kraft sehr fein zu dosieren. Die Bewegungen der künstlichen Gliedmaße werden durch ein ausgeklügeltes pneumatisches System angetrieben. Durch seine außergewöhnliche Feinfühligkeit kann der mechanische Assistent mit rohen Eiern, Tomaten oder einem Glas Wasser ebenso so sachte umgehen wie mit Tieren oder Menschen..

Die ausgeprägte Anpassungsfähigkeit des neuartigen Roboterarms beruht unter anderem auf einer extremen Leichtbauweise. Sie wurde möglich durch ein 3D-Druckverfahren, mit dem die Forscher den gesamten Handling-Assistenten einschließlich Greifer und allen beweglichen Teilen gefertigt haben. Bei diesem Verfahren werden Schritt für Schritt dünne Pulverschichten eines biegsamen Kunststoffs übereinander aufgetragen und mithilfe von Laserlicht verschmolzen. Auf aufwendige Montageprozesse sowie auf schwere Bauteile konnten Peter Post, Markus Fischer und Andrzej Grzesiak dadurch verzichten. Der Prototyp des Bionischen Handling-Assistenten ist ein Baumuster für Assistenzsysteme, die künftig ältere oder kranke Menschen im Alltag unterstützen sollen – zum Beispiel, indem sie ihnen Speisen, Getränke oder Medikamente holen und reichen. Seniorinnen und Senioren sollen so länger unabhängig in ihren eigenen vier Wänden leben und gewännen dadurch an Lebensqualität. Andere Anwendungsmöglichkeiten bieten sich in der Landwirtschaft und Industrie – etwa beim Sortieren von Blumenzwiebeln, bei der Obsternte oder als Bestandteil von Melksystemen. Einsatzgebiete als Helfer für Tätigkeiten in der Industrie findet der Bionische Handling-Assistent beispielsweise an Stellen, die für Menschen nur schwer zugänglich sind – als Montagehelfer oder bei Wartungs- und Reinigungsarbeiten.

Die drei nominierten Forscher konzipierten den innovativen maschinellen Assistenten im Rahmen des Bionic Learning Networks von Festo. Der erste Prototyp wurde 2010 präsentiert. Die Firma Festo will ihn nun für verschiedene Produkte fortentwickeln und dadurch den zukunftsträchtigen Markt für Servicesysteme erschließen. Das geringe Gewicht des künstlichen Rüssels eröffnet auch in der industriellen Handhabungstechnik ein großes Potenzial: Da keine schweren Bauteile bewegt werden müssen, verbraucht er deutlich weniger elektrische Energie als seine konventionellen Roboterkollegen.