Best Practices // 31. Juli 2014

Ein „Elefantenrüssel“ sorgt für die sichere Interaktion zwischen Mensch und Maschine

Bionik-Innovation
Roboter agieren meist ruckartig. Bewegung in der Natur vollzieht sich hingegen flüssig, und hier setzen einige Produkte der bionischen Forschung an. Der Elefantenrüssel wird vor diesem Hintergrund beim Projekt „BROMMI:TAK“ als multifunktionales Meisterwerk zum Vorbild für den Bau von bionischen Robotern. Diese zeichnen sich durch ein gutes Masse-Leistungs-Verhältnis aus, welches die Handhabung von hohen Lasten bei einer geringen Eigenmasse ermöglicht. Vor allem aber wird die Sicherheit der Interaktion zwischen Mensch und Maschine entscheidend erhöht.

Technische Anwendung
Beim BMBF finanzierten „Elefantenprojekt“ werden in Zusammenarbeit zwischen der Technischen Universität Berlin, dem Fraunhofer-Institut IFF und der Festo AG die hochflexiblen und sicheren Bewegungsmöglichkeiten des Rüssels technisch nachgestellt. Die mit einem Kamerasystem und einer Bildverarbeitung ausgestatteten Roboter können Objekte in einem Pick-and-Place-Szenario gezielt aufnehmen und ablegen. Der rüsselähnliche Roboterarm hat im Unterschied zu herkömmlichen Varianten keine Klemm- oder Scherstellen, aus denen ein hohes Verletzungsrisiko für den Menschen hervorgeht. Die weitere Risikominderung entsteht durch das natürlichere Bewegungsverhalten. „Neben der industriellen Produktion ermöglicht ihre hohe Sicherheit die Erschließung neuer Anwendungen wie beispielsweise im Pflege-, Domestik- und Life-Science-Bereich“, sagt Projektchef Dr. Ivo Boblan von der TU Berlin.

Bionisches Funktionsprinzip
Der ausschließlich aus Muskeln bestehende Elefantenrüssel ist wegen seiner Beweglichkeit ein Multitalent. Auch der an diese Funktionsweise angelehnte Roboterarm wird ausschließlich mit pneumatischen „Muskeln“ betrieben und ist aus mehreren Einzelmodulen zusammengesetzt. Jedes dieser Einzelmodule verfügt über zwei Bewegungsfreiheitsgrade und kann wie bei einem Schultergelenk Beugungen ausführen. Der Roboterarm BROMMI:TAK kann somit wie ein Elefantenrüssel gebeugt, angehoben und gedreht werden. Er ist im Aktionsraum frei positionierbar.
Eine zentrale Steuerung und dezentrale Antriebsregler bilden die Kernelemente der Roboter-Lenkung. Über einen Hauptrechner werden alle Geschwindigkeits- und Positionsergebnisse online berechnet. Eine integrierte Bildverarbeitung und eine zusätzliche Differenzenregelung kompensieren zudem etwaige Positionsfehler.

Vorbild aus der Natur
Elefanten sind die größten auf der Erde lebenden Landtiere, sie können über vier Meter groß und zehn Meter lang werden. Ihr Rüssel ist ein über Jahrmillionen Evolutionsgeschichte entwickeltes Multitalent, das wegen seiner vielfältigen Einsatzmöglichkeiten an die menschliche Hand erinnert. Eigentlich ist es eine verlängerte Nase, mit der der Elefant aber eben auch greifen, Wasser aufnehmen oder kämpfen kann. Mit Hilfe des Rüssels können Elefanten auch Äste und Pflanzen aus bis zu sieben Meter Höhe erreichen.

>> Zahlen <<

40.000: ungefähre Zahl der Muskeln im Elefantenrüssel.
10 Liter: so viel Wasser kann ein Elefant mit einem Zug in seinem Rüssel aufnehmen.

>> Glossar <<

Das Akronym BROMMI steht „Bionische Rüsselkinematik für sichere Roboteranwendungen in der Mensch-Maschine-Interaktion“. Der Zusatz TAK („Tripedale Alternanzkaskade“) weist darauf hin, dass der Roboter ausschließlich durch fluidische Muskeln betrieben wird.