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Foto: Soft Robotics Research Center, Seoul National University
Drohnen Tech Drohne

Arm dran

Eine Drohne kann fliegen und filmen - ab sofort kann sie auch greifen. Die Entwicklung eines Teams südkoreanischer Forscher eröffnet der Technologie zahlreiche neue Einsatzmöglichkeiten.

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Fliegende Kellner, die uns den Drink von oben in die Hand drücken. Fliegende Abfallsammler, die in Parks den Müll zusammenklauben. Schwebende Feuerwehrmänner, die per Kamera im Schornstein feststellen, wo genau der Weihnachtsmann steckengeblieben ist. Nun ja, nicht alles, aber doch vieles scheint möglich mit der Entwicklung, die südkoreanische Forscher diese Woche der Welt präsentiert haben.

Die Gruppe um Wissenschaftler Kyujin Cho von der Seoul National University hat einen robusten, aber federleichten Roboterarm für Drohnen entwickelt. Das Außergewöhnliche: Angelehnt an die traditionelle japanische Falttechnik Origami kann der Arm bei Bedarf aus dem Drohnenkörper ausgefahren und wieder eingeklappt werden. Die Erfindung erweitert das Einsatzfeld für Drohnen: Der Arm kann mit einem Greifer oder einer Kamera ausgestattet werden und ermöglicht den Zugang zu Röhren, Schornsteinen oder anderen schmalen Orten. Die Forscher stellten das Gerät im Fachjournal Science Robotics vor.

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    Professor Kyujin Cho (2.v.li.) und sein Team zeigen den von ihnen entwickelten Drohnenarm (Foto: Soft Robotics Research Center, Seoul National University)
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    (Foto: Soft Robotics Research Center, Seoul National University)

Cho und sein Team lösten ein entscheidendes Problem: das der variablen Steifigkeit. Mit einem Draht - dem sogenannten Schließer - kann der Arm anders als bei Vorgängermodellen seine Gestalt ändern, gleichzeitig - ähnlich wie bei einem Regenschirm - aber stabil ausgefahren werden. Der Schließer klemmt im ausgefahrenen Zustand des Roboterarms zwischen Boden und Deckel der Box und sorgt so für Steifigkeit. Nach Angaben der Wissenschaftler ist die Box mit Schließer fünfmal widerstandsfähiger gegen Verbiegen und 200-fach gegen Zusammendrücken als ohne Schließer. Zusammengefaltet ist der Roboterarm vier Zentimeter lang, ausgefahren 70 Zentimeter. "Der Mangel an struktureller Steifigkeit war eine Haupteinschränkung in der praktischen Verwendung von Designs, die von Origami inspiriert sind", schreiben die Forscher. Durch die Faltbarkeit braucht der Arm keinen großen zusätzlichen Platz.

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Um Gewicht zu sparen, planten Cho und Kollegen nur einen einzelnen Elektromotor ein. Dieser ist über eine Sehne mit den sieben übereinandergesetzten Boxen und den Schließern verbunden. Beim Ausfahren wird die Sehne von der Rolle gelassen und elastische Bänder ziehen die einzelnen Teile des Arms in ihre Boxform. Die Schließer werden durch kleine Magneten in ihre Position gebracht, in der sie für Aussteifung sorgen. Beim Einfahren des Arms faltet der Elektromotor durch das Aufrollen der Sehne gegen den Widerstand der elastischen Bänder und Magneten die Boxen wieder zusammen.

Die Wände der Boxen bestehen aus Polyethylenterephthalat (PET) und einem Ripstop-Gewebe, wie es bei Fallschirmen verwendet wird. Bei der Herstellung werden zwei PET-Folien mit dem dazwischenliegenden Ripstop-Gewebe mittels Heißpresse zusammengefügt. Diese Leichtgewichtskonstruktion führt dazu, dass der 70 Zentimeter lange Roboterarm einschließlich Elektromotor nicht mehr als 260 Gramm wiegt. Das ist wichtig, weil das Zuladungsgewicht bei den meisten Drohnen sehr begrenzt ist. Schwere Gegenstände können sie somit nicht transportieren.

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    Im Einsatz: Am unteren Teil verfügt der Arm auch über eine Kamera (Foto: Soft Robotics Research Center, Seoul National University)
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    Mit dem Greifarm kann die Drohne kleinere Gegenstände aufklauben (Foto: Soft Robotics Research Center, Seoul National University)
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    Auf und zu: Das Prinzip der variablen Steifigkeit macht's möglich. Angelehnt ist das Prinzip an die japanische Origami-Falttechnik (Foto: Soft Robotics Research Center, Seoul National University)

Die Forscher selbst sehen eine Schwäche ihrer Erfindung darin, dass der Roboterarm instabil wird, wenn die Drohne mit dem ausgefahrenen Arm schnell fliegt. Auch wird die Länge des Arms durch die Reibung der Sehne begrenzt, obwohl sie über Rollen geführt wird. Auch dass der Arm starr ist, ist noch ein Nachteil. Kyujin Cho und sein Team sind aber zuversichtlich, dass ein faltbarer Arm mit Gelenken schon bald realisiert werden kann. Mehr noch: Das Prinzip der variablen Faltigkeit ist auch für Roboter anderer Bauart interessant, die beispielsweise unter extremen Klimabedingungen eingesetzt werden wie etwa in der Wüste, in der Arktis, Unterwasser oder im All.

Mit Material von dpa

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