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Fertigungstechnik Harvard-Forscher drucken Soft Robots mit rotierender Düse

Von Manuel Christa 1 min Lesedauer

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Weiche Roboter sind vielseitige Helfer, doch ihre Fertigung war bislang aufwendig. Ingenieure der Harvard University erzeugen bewegliche Strukturen nun in einem einzigen Druckvorgang. Eine rotierende Düse und ein Gel-Kern legen die spätere Bewegung bereits während der Produktion fest.

Einsatzbereit für die Medizin: Dieser gedruckte Greifer demonstriert das Potenzial der Technologie für chirurgische Instrumente oder Prothesen.(Bild: Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS)
Einsatzbereit für die Medizin: Dieser gedruckte Greifer demonstriert das Potenzial der Technologie für chirurgische Instrumente oder Prothesen.
(Bild: Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS)

Besonders in der Industrie und Medizintechnik sind die flexiblen, aus biokompatiblen Materialien gefertigten Maschinen begehrt. Sie greifen empfindliche Objekte und passen sich sicher an. Ihre Herstellung stellte Konstrukteure jedoch oft vor Herausforderungen, da sie meist aufwendige Gussformen und Montageschritte erforderte.

Ein Forschungsteam der Harvard University beschreibt in Advanced Materials nun einen direkteren Weg: Ein neues Verfahren druckt robotische Geräte aus Filamenten mit exakt platzierten Hohlkanälen. Werden diese mit Luft gefüllt, verformt sich das Bauteil in vorprogrammierten Mustern. Entwickelt wurde die Methode im Labor von Jennifer Lewis an der John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS). Sie macht traditionelle Formen überflüssig.

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Programmierbare Bewegung

Basis ist das "Rotational Multimaterial 3D Printing". Eine rotierende Düse druckt gleichzeitig eine Polyurethan-Hülle und einen inneren Kern aus Poloxamer-Gel. Durch Variation von Rotation und Materialfluss lassen sich Ausrichtung und Form der Kanäle direkt steuern.

Nach dem Aushärten wird der Gel-Kern ausgewaschen, zurück bleiben Hohlräume für die pneumatische Steuerung. Jackson Wilt erklärt: „Wir verwenden zwei Materialien aus einem einzigen Auslass, der rotiert werden kann, um die Biegerichtung des Roboters beim Aufblasen zu programmieren.“ Dies ermögliche bio-inspirierte Roboter für diverse Zwecke.

Schneller zur Anwendung

Das Verfahren eliminiert Schritte wie das Gießen und manuelle Versiegeln von Kanälen. Wilt betont: „In dieser Arbeit haben wir keine Form. Wir drucken die Strukturen, programmieren sie rasch und können die Betätigung schnell anpassen.“

Zur Demonstration fertigte das Team unter anderem einen Greifer mit beweglichen „Knöcheln“. Die Technik birgt laut den Forschern großes Potenzial für Anwendungen von der Chirurgie bis zu assistiven Alltagsgeräten.

 (mc)

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