Werkstoffe: Funktionellere Füße für Roboter MYON

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Der Professor-Franz-Brandstetter-Preis 2011 für eine hervorragende Diplomarbeit wird heute im Rahmen des Jahresempfangs am Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF) an Emanuel Richter verliehen. Er erhält den Preis für seine Arbeit „Redesign und Auslegung einer humanoiden Roboterfußsohle unter Verwendung von Faserverbundmaterialien“, die er unter der Betreuung von Prof. Dr. Gert Heinrich (IPF und Technische Universität Dresden, Fakultät Maschinenwesen), Axel Spickenheuer (IPF) sowie Dr. Manfred Hild (Labor für Neurorobotik am Institut für Informatik der Humboldt-Universität Berlin) angefertigt hat. Eingebettet war die Aufgabenstellung in das europäische Forschungsprojekt ALEAR (Projektpartner: Humboldt-Universität, Dr. Hild). Der im Projekt entwickelte Roboter mit menschenähnlicher Gestalt – MYON genannt – dient als Plattform für die Untersuchung von sensomotorischen Schleifen und autonomen Lernverfahren sowie für die Entwicklung neuer bzw. optimierter Prothesen und Orthesen.




Die von Emanuel Richter im Rahmen seiner Diplomarbeit zu entwickelnden Bauteile sollten die Funktionalität eines menschlichen Fußes so gut wie möglich nachahmen, und die Anforderungen waren deshalb komplex: Zum einen müssen die Füße die vollständige Last der gesamten Körpermasse und dazu ein Vielfaches dieser bei Bewegungen kompensieren, zum anderen soll ihr Aufbau die Stabilität im Stand und bei der Fortbewegung unterstützen und dazu beitragen, dass beim Gehen nur ein minimaler Energieaufwand aufzubringen ist. Dafür ist letztlich auch ein geringes Gewicht bei hoher Steifigkeit des Bauteils erforderlich.

Durch Material- und Designoptimierung gelang es Emanuel Richter, die Anforderungen in hohem Maße zu realisieren. Der von ihm entwickelte Fuß besteht hauptsächlich aus faserverstärktem Kunststoff, wobei die Verstärkungsfasern nach Simulation der Bauteilbelastungen mittels Tailored Fiber Placement (TFP)-Technologie beanspruchungsgerecht angeordnet wurden; ein Gelenk wurde innovativ mit einem Streifen Elastomermaterial in das Bauteil eingebracht. Neue Lösungen fand Herr Richter auch für die Federung.


Die Steifigkeit des Fußes hat sich gegenüber dem Vorgängermodell aus Aluminium deutlich erhöht, gleichzeitig konnte die Masse nahezu halbiert werden: 108 g gegenüber zuvor ca. 200 g (ohne Sensorikelemente). Technologisch vorteilhaft ist zudem, dass sich mit dem neuen Design die Zahl der einzelnen Bestandteile des Fußes von über 20 auf nur noch 4 reduziert.

Der Namensgeber und Stifter des Preises, Professor Dr. Franz Brandstetter, war viele Jahre in leitenden Funktionen bei der BASF tätig, zuletzt als Leiter des Kompetenzzentrums Polymerforschung. Dem Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. ist er seit langem als Erster Vorsitzender des Fördervereins des Instituts sowie als Mitglied des Wissenschaftlichen Beirats eng verbunden. Die Auszeichnung für eine herausragende, am Institut entstandene Diplom- oder Masterarbeit stiftete er erstmals aus Anlass seines 65. Geburtstages im Jahre 2010.


 

 

 

 

 

Bild oben: Optimierter Roboterfuß aus faserverstärktem Kunststoff, mit Elastomerfederung und Metall-Inserts.

Bild im Text: Roboter MYON (Höhe: 1,25 m) (Humboldt-Universität Berlin, M. Hild

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