Eine neue 3D-Druckmethode der Harvard University programmiert komplexe Bewegungen direkt in die Struktur weicher Roboter – und macht umständliche Montage überflüssig. Die im Fachjournal Advanced Materials vorgestellte Technik könnte die Entwicklung anpassungsfähiger Maschinen für Medizin und Industrie dramatisch beschleunigen.
Die Innovation: Rotation statt Montage
Der Schlüssel liegt in einem als Rotational Multimaterial 3D Printing (RM-3DP) bezeichneten Verfahren. Eine rotierende Düse druckt dabei gleichzeitig zwei Materialien: ein haltbares Polyurethan für den flexiblen Roboter-Körper und ein gelartiges, später auswaschbares Polymer für innere Kanäle.
Durch präzise Steuerung von Rotation und Materialfluss entsteht ein Filament mit programmierter Innenstruktur. Nach dem Auswaschen des Gels bleiben exakt platzierte Hohlkanäle zurück. Werden diese mit Luftdruck beaufschlagt, verformt sich das Material vorhersehbar – wie ein programmierbarer künstlicher Muskel.
„Die gewünschte Bewegung wird direkt beim Drucken in die Struktur eingebettet“, erklärt das Harvard-Team. Dieser Ansatz löst ein zentrales Produktionsproblem.
Ende der Fummelei: Schneller vom Design zum Roboter
Bisherige Methoden für weiche Roboter waren zeitaufwendig und unflexibel. Mehrstufiges Gießen, Schichten und mühsames Verlegen sowie Versiegeln pneumatischer Leitungen bremsten die Entwicklung aus. Jede Designänderung erforderte einen kompletten Neustart.
RM-3DP umgeht diese Hürden radikal. Da die Geräte direkt aus einem digitalen Design entstehen, entfällt die aufwendige Werkzeug- und Formenherstellung. Forscher können Prototypen nun schnell anpassen, testen und individualisieren – ein Turbo für Innovationen in der Soft-Robotik.
Vom künstlichen Greifer zur Blüte: Das kann die Technik
Die Möglichkeiten demonstriert das Team mit mehreren Prototypen. Ein blütenförmiger Aktuator entfaltet bei Druckluftzufuhr seine spiralförmig gedruckten Blütenblätter. Ein fünf-fingriger Greifer mit beweglichen Knöcheln kann Objekte sicher halten.
Beide wurden in einem einzigen, unterbrechungsfreien Druckvorgang hergestellt – ohne jegliche Nachmontage. Die Komplexität der Bewegung wird allein durch die Ausrichtung der beiden Materialien im Filament programmiert.
Praktische Anwendungen: Medizin und Industrie im Fokus
Die Vereinfachung der Fertigung ist ein Game-Changer für den praktischen Einsatz weicher Roboter. Diese sind aufgrund ihrer Sicherheit und Anpassungsfähigkeit besonders für die Interaktion mit Menschen oder empfindlichen Objekten gefragt.
Die neue Druckmethode könnte die Entwicklung in Schlüsselbereichen beschleunigen:
* Medizintechnik: Schnelle Produktion von Komponenten für minimal-invasive Operationswerkzeuge, die im Körper sicherer navigieren.
* Industrieautomation: Maßgeschneiderte Greifer und Aktuatoren, die eine Vielzahl empfindlicher Produkte schonend handhaben.
* Wearables: Bequemere assistive Geräte oder Exoskelette, die sich dynamisch an den Träger anpassen.
„Indem wir die hohe Hürde der komplexen Fabrikation entfernen, können mehr Labore und Unternehmen spezialisierte weiche Roboter entwickeln“, so die Forscher. Während das Team an der Verfeinerung des Prozesses und neuen Materialkombinationen arbeitet, eröffnet der Durchbruch einen völlig neuen Designraum für die nächste Generation intelligenter, flexibler Roboter.
