Wissenschaftler der North Carolina State University haben einen flexiblen Robotergreifer entwickelt, der im marktreifen Stadium etwa in der Soft Robotic oder der Biomedizintechnik eingesetzt werden könnte. Das Besondere daran ist, dass der Roboterarm überaus vorsichtig mit Objekten umgehen und auch kleinste Objekte zielsicher greifen kann.

Die Entwicklung stützt sich auf die japanische Papier-Falt- und -Schneidekunst Kirigami, bei der zweidimensionale Materialblätter geschnitten und gefaltet werden, um daraus dreidimensionale Formen zu bilden. Konkret haben die Forscher eine Technik entwickelt, um mithilfe von Kirigami 2D-Folien in gekrümmte 3D-Strukturen umzuwandeln. Die endgültige Form dieser 3D-Struktur wird dabei zum großen Teil durch die äußere Begrenzung des Materials bestimmt. Danach würde ein 2D-Material mit einer kreisförmigen Begrenzung beispielsweise eine kugelförmige 3D-Struktur bilden.

"Wenn die Anwender wissen, welche Art von gekrümmter 3D-Struktur sie benötigen, können sie mit unserem Ansatz die Form der Begrenzung und das Muster der Schlitze bestimmen, die sie im 2D-Material verwenden müssen. Und eine zusätzliche Kontrolle der endgültigen Struktur ist möglich, indem man die Richtung steuert, in die das Material geschoben oder gezogen wird", erklärt Yaouye Hong, Doktorandin an der NC State. Jie Yin, Professor für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik an der NC State ergänzt: "Unsere Technik ist wesentlich einfacher als frühere Lösungen zur Umwandlung von 2D-Materialien in gekrümmte 3D-Strukturen. Sie ermöglicht es Designern eine Vielzahl von maßgeschneiderten Strukturen zu erstellen."

Wie das folgende Video zeigt, ist ein solcher Kirigami-Robotic-Greifer in der Lage, Objekte von einem rohen Eigelb bis hin zu einem menschlichen Haar zu greifen und anzuheben.

"Dies ist ein Proof of Concept, der zeigt, dass unser Ansatz funktioniert. Wir sind jetzt dabei, die Technik in Soft-Robotic-Technologien zu integrieren. Wir untersuchen auch, wie sie zur Entwicklung von therapeutischen Geräten eingesetzt werden kann, etwa um Wärme auf das menschliche Kniegelenk zu übertragen. Oder Stellen Sie sich intelligente Bandagen oder Überwachungsgeräte vor, die sich mit Ihrem Knie oder Ellbogen biegen und bewegen können", blickt Yin in die Zukunft.

Bisher hoben Computergreifer Gegenstände an, indem sie Druck darauf ausübten. Das kann bei besonders zerbrechlichen oder empfindlichen Objekten wie einem Eigelb zu Beschädigungen führen. Die auf Kirigami basierenden Greifer umschließen dagegen das Objekt und heben es dann präzise an und legen es wieder ab - ähnlich wie Menschen ihre Hände um ein empfindliches Objekt legen würden.

Die wissenschaftliche Arbeit mit dem Titel "Boundary Curvature Guided Programmable Shape-Morphing Kirigami Sheets" wurde in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht. (bw)