Neue Bionik-Projekte auf der HMI

Festo präsentiert fliegende Greifer und spinnende Düsen

Sowohl das Fliegen als auch das Greifen haben im Bionic Learning Network von Festo eine lange Tradition. Mit dem im Raum schwebenden FreeMotionHandling, das die Esslinger auf der Hannover Messe präsentierten, haben die Entwickler nun erstmals beide Themenfelder in einem Technologieträger vereint.

Einzigartiges Flugobjekt: Neben der verlängerten Flugdauer garantiert das FreeMotionHandling auch eine gefahrlose Mensch-Maschine-Interaktion (Quelle: Festo AG & Co. KG).

Das Indoor-Flugobjekt besteht aus einem ultraleichten Karbonring mit acht adaptiven Propellern, in dessen Mitte eine drehbare Heliumkugel mit integriertem Greifelement sitzt. Dank der intelligenten Bordelektronik und dem eingesetzten Indoor-GPS kann die Kugel autonom in alle Richtungen manövrieren, Gegenstände eigenständig aufnehmen und an geeigneter Stelle abgeben. Für die Steuerung des Flugobjekts wird kein Pilot benötigt. Mensch und Kugel können aber jederzeit problemlos und sicher miteinander interagieren. Neue Perspektiven für den Arbeitsraum der Zukunft eröffnen sich: dort könnte die Kugel dem Menschen als fliegendes Assistenzsystem dienen – zum Beispiel bei Arbeiten über Kopf, in enormen Höhen oder in weitläufigen Hallen. Für die Realisierung des FreeMotionHandling machten sich die Ingenieure zwei bestehende Entwicklungen aus dem Bionic Learning Network besonders zu Nutze: Vorbild für die Greifmechanik des FreeMotionHandling ist der universell einsetzbare FlexShapeGripper, dessen Wirkungsprinzip von der Zunge des Chamäleons abgeleitet ist. Die fliegende Heliumkugel an sich ist eine Weiterentwicklung der eMotionSpheres.

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Fliegendes Assistenzsystem für das Handling in der Luft

Das FreeMotionHandling besticht nicht nur durch seine einzigartigen Flugeigenschaften. Durch das Verdrehen der Kugel um bis zu 180 Grad lässt sich auch sein Greiferelement frei in alle Raumrichtungen positionieren. Im Gegensatz zu gängigen Quadrocoptern, die mit einem Greifer ausgestattet sind, kann die Kugel ein Objekt nicht nur von oben ansteuern, sondern aus den verschiedensten Winkeln greifen. Nähert sich die Kugel dem Greifobjekt, übernimmt sie ihre Bahnplanung mit Hilfe von zwei integrierten Kameras selbst. Die erste Kamera befindet sich im Greifer, die zweite direkt auf der Außenhülle daneben. Auf der Außenhülle der Kugel sitzt ein Mini-PC, der die Signale der beiden On-Board-Kameras permanent auswertet. Mittels neuronaler Netze wird seine Software im Vorfeld darauf trainiert, die zu greifenden Gegenstände bei jedem Licht und aus allen Perspektiven von selbst zu erkennen.

3D Cocooner – Bionische Strukturen aus der Handling-Spinndüse

Der 3D Cocooner vereint die Vorteile additiver Fertigungsverfahren mit der Präzisionssteuerung und Agilität eines industriellen High-Speed-Handlings. (Quelle: Festo AG & Co. KG)

Baukunst und Architektur verbindet man in erster Linie mit dem Menschen. Aber auch in der Tierwelt entstehen beeindruckende Konstruktionen. Afrikanische Webervögel weben beispielsweise aus Blättern und Halmen kunstvolle Nester, in denen hunderte Tiere über mehrere Generationen hinweg leben. Und während Bienen, Wespen oder Termiten ihr Zuhause Schicht für Schicht aufbauen, erschaffen Spinnen und Schmetterlingsraupen imposante Gebilde mithilfe von Spinnfäden. Dazu produzieren sie eine Flüssigkeit, die außerhalb des Körpers zu einem festen Faden polymerisiert und sich so zu stabilen Netzen oder Kokons formen lässt. Davon inspiriert hat Festo im Rahmen seines Bionic Learning Network den 3D Cocooner entwickelt. Ähnlich einer Raupe, spinnt er filigrane Gebilde und maßgeschneiderte Leichtbaustrukturen aus einem Glasfaserfaden. Mithilfe eines Handlings kann die Spinndüse präzise bewegt werden und die Glasfaser bei gleichzeitiger Laminierung mit UV-härtendem Harz zu den komplexen Strukturen verkleben. Im Gegensatz zu anderen 3D-Druckverfahren werden diese Strukturen jedoch nicht schichtweise auf einer Fläche, sondern tatsächlich frei im Raum aufgebaut.

High-Speed-Handling für Präzisionssteuerung und Agilität

Als Handlingsystem dient dem 3D Cocooner ein horizontal angebrachter Tripod vom Typ EXT-45. Die dreiarmige Parallelkinematik lässt sich präzise und schnell im Raum steuern und ist mit ihrer Beweglichkeit ideal für eine solche Aufgabe geeignet. Bei einem System wie dem 3D Cocooner liefert das virtuelle Designprogramm die Bauanleitung direkt an die Werkzeugebene. Dadurch gelingt es, die digitale Kette vom Entwurf bis zum fertigen Produkt ohne Umwege über die sonst üblichen Vertriebs-, Fertigungs- und Logistikkanäle zu überbrücken.

Bionic Learning Network

Das Bionic Learning Network ist Teil des Engagements im Bereich der technischen Aus- und Weiterbildung. In Kooperation mit Studenten, namhaften Hochschulen, Instituten und Entwicklungsfirmen fördert Festo dabei Projekte, Versuchs- und Technologieträger. Ziel ist es, automatisierte Bewegungsabläufe mit Hilfe der Bionik noch effizienter und produktiver zu gestalten. Das Bionic Learning Network zeigt faszinierende Lösungen für komplexe Aufgabenstellungen. kf

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