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Ultraschall Roboter hebt kleinste Objekte, ohne sie zu berühren

Redakteur: Katharina Juschkat

Ein an der ETH Zürich neu entwickelter Roboter kann empfindliche Kleinteile greifen, ohne sie zu berühren. Dazu lässt er sie mittels Schallwellen schweben.

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Mittels Schallwellen schwebt die kleine Kugel zwischen den Halbkugeln. Marcel Schuck will aus dem Prototypen einenrobotergesteuerten Ultraschallgreifer entwickeln.
Mittels Schallwellen schwebt die kleine Kugel zwischen den Halbkugeln. Marcel Schuck will aus dem Prototypen einenrobotergesteuerten Ultraschallgreifer entwickeln.
(Bild: ETH Zürich / Stefan Weiss)

Bisher ist es nur ein Prototyp, den Marcel Schuck an der ETH Zürich entwickelt hat, aber die Idee ist vielversprechend: Zwischen zwei Halbkugeln schwebt eine kleine Kugel, in der Luft gehalten durch Ultraschallwellen. Mit dem neuen Verfahren können kleine Objekte ohne jegliche Berührung angehoben und manipuliert werden. Das ist vor allem dort relevant, wo Beschädigungen von Kleinteilen ins Geld gehen, so zum Beispiel in der Uhren-​ oder Halbleiterindustrie.

Heben, ohne zu greifen

Empfindliche Kleinteile werden heute häufig mit sogenannten „Soft Robotic Grippers“ gegriffen. Diese Greifer sind weich und gummiartig, um nichts zu beschädigen – weisen aber Nachteile auf. Zum einen beschmutzen sie wie ein viel gebrauchter Radiergummi, und zum anderen ist die Positioniergenauigkeit eingeschränkt. Auch gibt es so empfindliche Kleinteile, dass schon eine sanfte Berührung etwas zerstört.

Das neue Prinzip „No-Touch-Robotic“ überwindet diese Nachteile. Möglich macht es ein Effekt, der seit über 80 Jahren und vor allem in der Weltraumforschung angewandt wird. Ultraschallwellen erzeugen ein für uns nicht sicht- und hörbares Druckfeld. Indem die akustischen Wellen einander überlagern, werden Druckpunkte erzeugt, wo kleine Objekte gefangen werden können. Als Folge davon hängen sie scheinbar frei in der Luft – sie schweben in der akustischen Falle.

Objekte in der Schwebe steuern

Mittelfristig will Schuck einen robotergesteuerten Ultraschallgreifer aus dem Prototypen entwickeln. In zwei mittels 3D-Druck hergestellten Halbkugeln hat der 31-​Jährige zahlreiche Mini-Lautsprecher eingebaut. Mit Hilfe einer Software kann er diese so ansteuern, dass sich die Druckpunkte verschieben lassen. Langfristiges Ziel ist es, deren Position in Echtzeit zu verändern, ohne dass das schwebende Objekt zu Boden fällt. Genau daran forscht der ETH-Doktorand Marc Röthlisberger, der mit Schuck sowie dem Masterstudenten Christian Burkard im Technopark Zürich eine Laborgemeinschaft bildet.

Bereits mit der bestehenden Technik können die Forscher verschiedene Kleinteile im Raum bewegen. Die Software passt den Greifer an die Form des anzuhebenden Objekts an, der Roboterarm transportiert dieses an den Zielort.

Ein weiterer Vorteil des berührungslosen Greifers ist, dass man nur einen einzigen Greifer für unterschiedliche Formen braucht – in der klassischen Robotik benötigt man für fast jede neue Form einen separaten Greifer. Der Roboterarm selber muss nicht einmal sehr präzise sein. „Die exakte Positionierung erfolgt durch die mit der Software gesteuerten Ultraschallwellen“, erklärt Schuck.

Interessenten und Partner in der Industrie gesucht

Schuck will zunächst herausfinden, wie in der Praxis Robotergreifarme überhaupt gebraucht werden. „Hauptziel ist es, die Anwendungsgebiete kennen zu lernen und Türen in der Industrie aufzustoßen“, erklärt Schuck. Interessant dürfte die Entwicklung für die Uhrenindustrie sein, wo wegen kostbarer Kleinteile präzise Mikromechanik Pflicht ist. Zahnräder von Uhren beispielsweise werden erst mit Schmiermitteln versehen, dann wird die Dicke dieser Schicht gemessen. Auch feinste Berührungen könnten den dünnen Schmiermittelfilm zerstören. Auch die Mikrochipproduktion könnte für Schucks Technologie ein interessanter Markt sein.

Mithilfe einer Förderung erstellt Schuck eine Art Experimentierkoffer für potenzielle Kunden. Darin enthalten ist ein Robotergreifer, Steuerungssoftware und eine Anleitung. Wie das Endprodukt aussieht, ist noch nicht klar, erklärt Schuck: „Das kommt auf die Rückmeldungen aus der Industrie an.“ Er hofft, dass er ein paar Interessenten findet, mit denen er den Ultraschallgreifer gemeinsam weiterentwickeln kann – sodass dieser einerseits der Nachfrage auf dem Markt entspricht.

Anwendertreff Maschinensicherheit

Die Maschinensicherheit ist ein wichtiges Thema: Die richtigen Normen müssen berücksichtigt und die Anforderungen der Maschinenrichtlinie müssen eingehalten werden. Der Anwendertreff Maschinensicherheit unterstützt Entwickler und Konstrukteure, die funktionale Sicherheit von Maschinen und Anlagen zu gewährleisten.

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