Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Künstliche Hand zeigt Feingefühl mit Muskeln aus intelligentem Draht

24.03.2015

Nach dem Vorbild der Natur haben Ingenieure der Universität des Saarlandes eine künstliche Hand mit Muskeln aus Formgedächtnis-Draht ausgestattet. Die neue Technik macht flexible und leichte Roboterhände für die Industrie ebenso möglich wie neuartige Prothesen.

Die Muskelstränge bestehen aus Bündeln haarfeiner Nickel-Titan-Drähte, die anspannen und entspannen können. Das Material selbst hat Sensoreigenschaften, so dass die künstliche Hand äußert präzise Bewegungen ausführen kann. Mit ihrem Prototyp demonstriert die Forschergruppe von Professor Stefan Seelecke die Funktion der „Formgedächtnis-Muskeln“ vom 13. bis 17. April auf der Hannover Messe und sucht Partner für weitere Entwicklungen.


Die Ingenieurin Filomena Simone arbeitet als Doktorandin im Team von Stefan Seelecke am Prototyp der künstlichen Hand.

Foto: Oliver Dietze

13. bis 17. April auf der Hannover Messe am saarländischen Forschungsstand: Halle 2, Stand B 46

Die Hand ist das perfekte Werkzeug. Nach Jahrmillionen ist ihr „Design“ ausgereift. Sie ist außerordentlich beweglich und anpassungsfähig, das Zusammenspiel von Muskeln, Bändern, Sehnen, Knochen und Nerven ist vollkommen, was seit langem den Wunsch weckt, ein flexibles Werkzeug nach ihrem Vorbild zu schaffen.

Das Forscherteam von Professor Stefan Seelecke an der Saar-Universität und am Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik setzt hierzu ein neues Verfahren ein, das auf dem Formgedächtnis der Legierung Nickel-Titan beruht: Die Ingenieure geben der Hand Muskeln aus haarfeinen Drähten, die anspannen und entspannen können.

„Die Formgedächtnis-Drähte bringen entscheidende Vorteile gegenüber anderen Verfahren“, sagt Stefan Seelecke. Bisher brauchen künstliche Hände, etwa solche, die in Fertigungsstraßen im Einsatz sind, viel Technik im Hintergrund: Sie sind abhängig von weiteren Gerätschaften wie Elektromotoren oder Druckluft, sind schwer, recht unflexibel, zuweilen laut und auch teuer.

„Demgegenüber kommen Werkzeuge mit künstlichen Muskeln aus Formgedächtnis-Draht ohne weitere Apparaturen aus, was sie leicht, flexibel und anpassungsfähig macht. Sie arbeiten geräuschlos und sind vergleichsweise günstig herzustellen. Und diese Drähte haben die höchste Energiedichte aller bekannten Antriebsmechanismen; sie können also auf kleinem Raum kraftvolle Bewegungen ausführen“, erklärt Seelecke.

Formgedächtnis bedeutet dabei, dass der Draht sich an seine Form „erinnert“ und diese wieder annimmt, nachdem er verformt wurde. „Diese Eigenschaft der Nickel-Titan-Legierung beruht auf Phasenumwandlungen: Wird der Draht warm, etwa wenn Strom hindurchfließt, wandelt sich seine Gitterstruktur um, und er zieht sich wie ein Muskel zusammen“, erläutert Seelecke.

Die Ingenieure ersetzen in ihrer künstlichen Hand die Muskeln durch „intelligente“ Drähte. Mehrere Drahtstränge verbinden die Fingerglieder und übernehmen an der Finger-Vorderseite die Beuge-Muskulatur und an der Rückseite die Streck-Muskulatur. Um schnelle Bewegungen zu ermöglichen, haben die Forscher nach dem Vorbild des menschlichen Muskelaufbaus mehrere der haarfeinen Drähte wie Muskelfasern gebündelt: Das Drahtbündel ist fein wie ein Faden, aber in seiner Zugkraft genauso stark wie ein dicker Draht.

„Das Bündel kann sich schnell verkürzen und wieder lang werden und das bei hoher Zugkraft“, erklärt Ingenieurin Filomena Simone, die als Doktorandin am Prototyp der künstlichen Hand arbeitet. „Der Grund dafür liegt in der schnelleren Abkühlung. Mehrere Drähte geben durch die größere Oberfläche auch mehr Wärme ab. Anders als ein dicker Draht erreicht das Bündel schnelle Kontraktionen, die denen von menschlichen Muskeln gleich kommen. So wird eine schnelle und fließende Bewegung der Finger möglich“, erläutert sie.

Weiterer Effekt der Drähte: Die Hand reagiert gefühlvoll, wenn jemand in ihre Bewegungsabläufe eingreift. Menschen können daher mit ihr buchstäblich Hand in Hand zusammenarbeiten. Mithilfe einer Steuerung – ein Halbleiterchip enthält hierfür alles Notwendige – lassen sich im Zusammenspiel mehrerer Drähte präzise Bewegungen ausführen.

Das System kommt dabei ganz ohne Sensoren aus. „Das Material der Drähte selbst hat Sensoreigenschaften. Die Steuerungseinheit erkennt anhand der Messdaten des elektrischen Widerstandes zu jeder Zeit die genaue Position der Drähte“, sagt Seelecke. Dies ermöglicht, Hand und Finger auf den Punkt genau zu bewegen.

Auf der Hannover Messe zeigen die Forscher ihren Prototypen und demonstrieren mit Bewegungsabläufen einzelner Finger und Greif-Beispielen das Potenzial der Technologie. In Zukunft soll der Prototyp die menschliche Hand immer genauer nachbilden. Hierzu werden die Forscher die Bewegungsmuster modellieren und die Sensoreigenschaften des Drahts nutzen.

Kontakt: Prof. Dr. Stefan Seelecke (Lehrstuhl für Unkonventionelle Aktorik),
Tel. 0681 302-71341; E-Mail: stefan.seelecke@mmsl.uni-saarland.de
Benedikt Holz, Tel.: 0681 302-71345, E-Mail: benedikt.holz@mmsl.uni-saarland.de
Filomena Simone, Tel.: 0681/302-71347 E-Mail: filomena.simone@mmsl.uni-saarland.de
http://www.mmsl.uni-saarland.de/

Der saarländische Forschungsstand ist während der Hannover Messe erreichbar unter Tel.: 0681-302-68500.


Hintergrund:

Am Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik ZeMA in Saarbrücken arbeiten Saar-Uni, Hochschule für Technik und Wirtschaft sowie Industriepartner zusammen, um Mechatronik und Automatisierungstechnik im Saarland zu stärken sowie den Technologietransfer zu fördern. In zahlreichen Projekten wird industrienah entwickelt und neue Methoden aus der Forschung in die industrielle Praxis umgesetzt. http://www.zema.de/

Der saarländische Forschungsstand wird organisiert von der Kontaktstelle für Wissens- und Technologietransfer der Universität des Saarlandes (KWT). Sie ist zentraler Ansprechpartner für Unternehmen und initiiert unter anderem Kooperationen mit Saarbrücker Forschern. http://www.uni-saarland.de/kwt

Claudia Ehrlich | Universität des Saarlandes

Weitere Nachrichten aus der Kategorie HANNOVER MESSE:

nachricht Rittal mit neuer Push-in-Leiteranschlussklemme - Kontakte im Handumdrehen
26.04.2017 | Rittal GmbH & Co. KG

nachricht Neuer Blue e+ Chiller von Rittal - Exakt regeln und effizient kühlen
25.04.2017 | Rittal GmbH & Co. KG

Alle Nachrichten aus der Kategorie: HANNOVER MESSE >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zu aktuellen Fragen der Stammzellforschung

27.06.2017 | Veranstaltungen

Fraunhofer FKIE ist Gastgeber für internationale Experten Digitaler Mensch-Modelle

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mainzer Physiker gewinnen neue Erkenntnisse über Nanosysteme mit kugelförmigen Einschränkungen

27.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wave Trophy 2017: Doppelsieg für die beiden Teams von Phoenix Contact

27.06.2017 | Unternehmensmeldung

Warnsystem KATWARN startet international vernetzten Betrieb

27.06.2017 | Informationstechnologie