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robot dog scott by boston dynamics and illustation of a dog animal. Copyright by  SOPA Images Limited / Alamy Stock Foto

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Immer wieder nimmt sich der Mensch die Natur zum Vorbild, wenn er Produkte erschafft oder verbessert. Das trifft auch auf die Robotik zu, die dank der Bionik erstaunliche Entwicklungen zu bieten hat.

Wer kennt sie nicht: R2-D2 und C-3PO aus den Star Wars-Filmen? Beide sind Roboter und beide könnten unterschiedlicher kaum sein. Während C-3PO ein staksender Humanoide ist, erinnert der kleine R2-D2 eher an eine hüfthohe Tonne. Dennoch ist er mit seinen drei Füßen erstaunlich mobil und weiß sogar – wenngleich beschwerlich – Treppenstufen zu nehmen. Die beiden sehen jedoch alt aus, wenn man sich vor Augen führt, was moderne Laufroboter inzwischen alles können. Sie agieren nicht nur autonom, sie schlagen sogar Purzelbäume und Salti, nehmen Hindernisse im Sprung und halten dabei das Gleichgewicht.

Robo-Flughund: Der Automatisierungsspezialist Festo verbindet Robotik mit Bionik wie bei diesem Roboter-Flughund © Festo SE & Co. KG

Ein Roboterhund im Industriekomplex

Beim Nachahmen der Bewegungen ihrer menschlichen und tierischen Vorbilder setzen die Laufroboter von Boston Dynamics Maßstäbe. Das seit Sommer 2021 zum koreanischen Hyundai-Konzern gehörende Unternehmen ging 1992 aus dem Massachusetts Institute of Technology (MIT) hervor. „Unsere Roboter bewegen sich wie Menschen und Tiere. Wir haben sie aber nicht entworfen, damit sie wie Menschen und Tiere aussehen, sondern weil sie so ihr Gleichgewicht halten. Gleichgewicht und dynamische Bewegung sind Eigenschaften, die wir bisher nur bei ihnen gesehen haben“, stellt das Unternehmen auf seiner Homepage klar. Bei den gleichermaßen dynamischen wie stabilen Bewegungen seiner Roboter ist Boston Dynamics erstaunlich weit gekommen. Wer Videos des Roboterhunds Spot betrachtet, der ist verblüfft, wie sehr sein Bewegungsablauf dem von richtigen Hunden ähnelt. Inzwischen wird der 80 Zentimeter hohe und 25 Kilogramm schwere Roboter serienmäßig produziert. Sein Stückpreis: rund 75.000 Dollar. Je nachdem, welche Aufgabe Spot übernehmen soll, lässt er sich derart programmieren, dass er sie bestmöglich bewältigt.

Die Natur zeigt, wie man mit einem Minimum an Energieverbrauch ein Maximum an Leistung erzielen kann.

Karoline von Häfen, Head of Corporate Bionic Projects, Festo SE & Co. KG

Doch wer braucht einen solchen Roboterhund? Boston Dynamics verweist auf die Möglichkeit, Spot gefährliche, unzugängliche und abgelegene Umgebungen inspizieren oder auch Nutzlasten auf unbefestigtem Terrain transportieren zu lassen. Das deutsche Chemie- und Pharmaunternehmen Merck vertraut im Rahmen eines Pilotprojekts tatsächlich auf die Dienste von Spot. Der Roboterhund übernimmt Kontrollgänge in der thermischen Abluftreinigungsanlage des Unternehmens. Eine Aufgabe, die er zunächst ferngesteuert bewältigte, die er mithilfe intelligenter Steuerungssoftware aber vollständig autonom übernehmen kann. Dann findet sich Spot dank mehrerer Kameras und Sensoren selbst zurecht. Auf seinen Rundgängen, bei denen er Gitterrosttreppen erklimmt und Hindernisse umgeht, zeichnet er Daten auf und überträgt sie automatisch.

Robo-Sepia: Wie eine Sepia gleitet dieser kleine Unterwasserroboter durchs Wasser. Zwei Servomotoren treiben die seitlich angebrachten Silikonflossen an. © Festo SE & Co. KG

Die Natur als Bezugspunkt

Atlas, der humanoide Laufroboter von Boston Dynamics, ist ein weiterer Beleg, was technisch alles möglich ist. Atlas verfügt über 28 hydraulische Gelenke, die ihm Sprünge, Rotationen und Purzelbäume erlauben. Das Bewältigen eines Parcours ist für den rund eineinhalb Meter großen und 80 Kilogramm schweren Roboter kein Problem. Zahlreiche Sensoren ermöglichen ihm die Orientierung und das Halten des Gleichgewichts. Für jeden, der bei Robotern an stationäre Maschinen oder eben R2-D2 denkt, muss Atlas wirken wie ein Vorgriff auf die Zukunft.

Dabei wird offenbar, wie sehr sich Robotik von der Natur inspirieren lassen kann. Denn sie ist für viele Entwickler ein wichtiger Bezugspunkt bei der Roboter-Evolution. Kein Wunder, die Tierwelt hatte im Laufe der Evolution ausreichend Zeit, sich perfekt an ihre Umgebung anzupassen. Etwas, das auch Festo fasziniert, ein auf Automatisierungstechnik spezialisiertes Unternehmen aus Deutschland. Vor 15 Jahren gründete es das Bionic Learning Network. In ihm beschäftigen sich ein Kernteam von Festo-Experten sowie internationale Hochschulen, Institute und externe Unternehmen mit der Überführung tierischer Fähigkeiten in die Robotik.

Elefantenrüssel, Fischflossen und Chamäleon als Vorbild

Festo hat Roboter gebaut, die wie ein Flughund durch die Luft flattern und die wie eine Sepia mit Längsflossen im Wasser vorankommen. Zudem einen Laufroboter, der sich wie die afrikanische Radlerspinne auf Beinen fortbewegt. Sofern es das Terrain sinnvoll erscheinen lässt, kugelt er sich jedoch zusammen und bewältigt die weitere Wegstrecke rollend. Andere Festo-Entwicklungen ähneln ihrer Inspirationsquelle aus der Natur nur in einem bestimmten Detail. „In der Automatisierungstechnik geht es typischerweise um Greifen und Bewegen. Die Natur hat hier eine Fülle an Lösungen zu bieten“, meint Karoline von Häfen, Head of Corporate Bionic Projects, auf der Festo-Homepage. So war der Elefantenrüssel das Vorbild für einen pneumatischen Leichtbauroboter. Der Roboterarm umfasst diverse Balgsegmente und Drehantriebe. Er ist damit deutlich beweglicher als übliche Industrieroboter und kann um Gegenstände herum arbeiten.

Zu dem „Elefantenrüsselroboter“ passen diverse Greifer, die gleichfalls Funktionen aus der Natur in sich vereinen. Das Vorbild spezieller Greiffinger war die Schwanzflosse von Fischen. Wird auf diese Druck ausgeübt, dann knickt sie nicht weg. Sie reagiert, indem sie sich um den Druckpunkt herumwölbt. Die Greiffinger übernehmen dieses Prinzip und passen sich der Kontur des zu greifenden Gegenstandes an. Ein Mehrwert, den die Lebensmittelindustrie beim Sortieren von Gemüse und Obst nutzt. Ein anderer Greifer verhält sich wie die Zunge des Chamäleons. Bei der Futterjagd schnellt diese heraus, trifft die Beute und wölbt sich dabei ein Stück weit um sie herum, sodass sie nicht mehr entkommt. Ein Roboter-Greifer aus Silikon agiert ähnlich. Seine Kappe ist mit leichtem Überdruck gefüllt und wölbt sich flexibel über den zu greifenden Gegenstand, der so fixiert und wegbewegt wird.

Robo-Spinne: Laufen wenn nötig, rollen wenn möglich. Diese Roboterspinne imitiert die Bewegungen der afrikanischen Radlerspinne © Festo SE & Co. KG

Mehr Bionik, weniger Energieverbrauch

Auch die Technische Universität Ilmenau orientiert sich im Fachbereich Biomechatronik an der Natur. Wie Festo bei seinen Greifern, so übernimmt auch sie bei ihren Entwicklungen ganz bestimmte Fähigkeiten. „Wenn wirklich Bionik drinsteckt, sieht man es von außen nicht“, meint Fachgebietsleiter Hartmut Witte im Gespräch mit dem für technische Sicherheitskontrollen zuständigen TÜV Nord. So haben Wissenschaftler aus Wittes Fachbereich einen Kletterroboter mitentwickelt, der sich an den Bewegungen der Ratte orientiert. Der Roboter selbst ähnelt dieser aber gar nicht. Die Herstellung des Roboters in Leichtbauweise führte zusammen mit dem Imitieren der Bewegung der Ratte dazu, dass sich enorm viel Gewicht einsparen ließ und er mit 75 Prozent weniger Energie auskommt. Festo-Expertin von Häfen zeigte sich gegenüber der Tageszeitung „Frankfurter Allgemeine Zeitung“ just von diesem Potenzial der Natur begeistert: „Sie zeigt, wie man mit einem Minimum an Energieverbrauch ein Maximum an Leistung erzielen kann.“

Auch GE Research schaute sich etwas von der Natur ab. Im Sommer 2021 ließ das amerikanische Unternehmen mit einem Softroboter aufhorchen, der sich in seinen Bewegungen am Regenwurm orientiert. Der Roboterwurm bohrt sich selbstständig und ohne Gelenke durch den Boden. Unterirdische Hindernisse umgeht er autonom. Für seine Bewegungen greift er auf künstliche Muskeln zurück, die denen des Regenwurms nachempfunden sind. Das erlaubt den Verzicht auf Gelenke, wodurch der robuste, schlauchartige Roboter engere Kurvenradien beschreibt. Darüber hinaus ist er imstande, sich durch begrenzte Räume zu zwängen sowie Objekte aufzunehmen und zu bewegen. GE Research will mit der Entwicklung nicht nur neue Wege beim Tunnelbau aufzeigen, sondern auch Möglichkeiten, die sich durch Roboter bei Inspektionen und Reparaturen eröffnen.

Die Beispiele zeigen, wie die Robotik dank Bionik den Menschen bei lästigen und beschwerlichen Arbeiten unterstützt, aber auch beim Erkunden schwer zugänglicher Umgebungen. Und: Sie will die Kollaboration von Mensch und Roboter beflügeln. Dass daran nicht nur intelligente Softroboter mitwirken, zeigt ein Beispiel des Automobilkonzerns Ford. Er setzt in einem seiner Werke zwei Roboterhunde ein. Im Laufe der Zeit begannen die Mitarbeitenden diese zu grüßen. Die Roboterhunde scheinen die Emotionen der Menschen anzusprechen. Und dies könnte wiederum dazu beitragen, dass Angestellte eher bereit sind, mit Robotern zusammenzuarbeiten, wenn sie Lebewesen nachempfunden sind.


Dieser Beitrag stammt aus unserem Unternehmensmagazin „ESSENTIAL“, in dem wir kontinuierlich über Trends und Schwerpunktthemen aus unseren Zielindustrien und -märkten berichten. Weitere Beiträge des Magazins finden Sie hier.

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