Pneu­ma­ti­sche Robo­tik trifft auf künst­li­che Intelligenz

Ob grei­fen, hal­ten oder dre­hen, tas­ten, tip­pen oder drü­cken – im All­tag nut­zen wir unse­re Hän­de wie selbst­ver­ständ­lich für die unter­schied­lichs­ten Auf­ga­ben. Dabei ist die mensch­li­che Hand mit ihrer ein­zig­ar­ti­gen Kom­bi­na­ti­on aus Kraft, Geschick­lich­keit und Fein­mo­to­rik ein wah­res Wun­der­werk­zeug der Natur. Was liegt da näher, als Robo­ter in kol­la­bo­ra­ti­ven Arbeits­räu­men mit einem Grei­fer aus­zu­stat­ten, der die­sem natür­li­chen Vor­bild nach­emp­fun­den ist und durch künst­li­che Intel­li­genz ler­nen kann, ver­schie­de­ne Auf­ga­ben zu lösen? Festo zeigt auf der Han­no­ver Mes­se 2019 die pneu­ma­ti­sche Robo­ter­hand Bio­nic­Sof­t­Hand. Kom­bi­niert mit dem Bio­nic­SoftArm, einem pneu­ma­ti­schen Leicht­bau­ro­bo­ter, eig­nen sich die Future Con­cepts für die Mensch-Roboter-Kollaboration.
Damit die Bio­nic­Sof­t­Hand sicher und direkt mit dem Men­schen inter­agie­ren kann, wird sie pneu­ma­tisch betrie­ben. Im Gegen­satz zur mensch­li­chen Hand besitzt die Bio­nic­Sof­t­Hand kei­ne Kno­chen. Ihre Fin­ger bestehen aus fle­xi­blen Balg­struk­tu­ren mit Luft­kam­mern. Umschlos­sen sind die Bäl­ge in den Fin­gern von einem spe­zi­el­len 3D-Tex­til­man­tel, der sowohl aus elas­ti­schen als auch hoch fes­ten Fäden gestrickt ist. Damit kann über das Tex­til genau bestimmt wer­den, an wel­chen Stel­len die Struk­tur sich aus­dehnt und damit Kraft ent­fal­tet und wo sie an der Aus­deh­nung gehin­dert wird.  Dadurch ist sie leicht, nach­gie­big, anpas­sungs­fä­hig und sen­si­bel, aber den­noch in der Lage, star­ke Kräf­te auszuüben.

Künst­li­che Intelligenz

Die Lern­me­tho­den von Maschi­nen sind mit denen des Men­schen ver­gleich­bar: ob posi­tiv oder nega­tiv – sie benö­ti­gen eine Rück­mel­dung auf ihre Aktio­nen, um die­se ein­ord­nen zu kön­nen und dar­aus zu ler­nen. Bei der Bio­nic­Sof­t­Hand kommt die Metho­de des Rein­for­ce­ment Lear­ning zum Ein­satz, das Ler­nen durch Bestärken.
Das bedeu­tet: Statt einer kon­kre­ten Hand­lung, die sie nach­ah­men muss, bekommt die Hand ledig­lich ein Ziel vor­ge­ge­ben. Die­ses ver­sucht sie durch Aus­pro­bie­ren (Tri­al-and-Error) zu errei­chen. Anhand des erhal­te­nen Feed­backs opti­miert sie nach und nach ihre Aktio­nen, bis sie schließ­lich die gestell­te Auf­ga­be erfolg­reich löst.
Kon­kret soll die Bio­nic­Sof­t­Hand einen zwölf­sei­ti­gen Wür­fel so dre­hen, dass am Ende eine vor­her fest­ge­leg­te Sei­te nach oben zeigt. Das Ein­ler­nen der dazu nöti­gen Bewe­gungs­stra­te­gie geschieht in einer vir­tu­el­len Umge­bung anhand eines digi­ta­len Zwil­lings, der mit­hil­fe der Daten einer Tie­fen­ka­me­ra und den Algo­rith­men der künst­li­chen Intel­li­genz erstellt wird.

Pro­por­tio­na­le Pie­zo­ven­ti­le für eine prä­zi­se Regelung

Um den Auf­wand für die Ver­schlau­chung der Bio­nic­Sof­t­Hand mög­lichst gering zu hal­ten, haben die Ent­wick­ler eigens eine klein­bau­en­de, digi­tal gere­gel­te Ven­til­in­sel kon­stru­iert, die direkt unter­halb der Hand ange­bracht ist. Dadurch müs­sen die Schläu­che zur Ansteue­rung der Fin­ger nicht durch den kom­plet­ten Robo­ter­arm gezo­gen wer­den. So lässt sich die Bio­nic­Sof­t­Hand mit nur je einem Schlauch für Zuluft und Abluft schnell und ein­fach anschlie­ßen und in Betrieb neh­men. Mit den ein­ge­setz­ten pro­por­tio­na­len Pie­zo­ven­ti­len las­sen sich die Bewe­gun­gen der Fin­ger prä­zi­se regeln.

Bio­nic­SoftArm: Ein Robo­ter­arm, vie­le Variationsmöglichkeiten

Der Bio­nic­SoftArm ist eine kom­pak­te Wei­ter­ent­wick­lung des Bio­nicMo­ti­onRo­bot von Festo, des­sen Anwen­dungs­spek­trum deut­lich erwei­tert wur­de. Mög­lich macht das sein modu­la­rer Auf­bau: Er lässt sich bis zu sie­ben pneu­ma­ti­schen Balg­seg­men­ten und Dreh­an­trie­ben kom­bi­nie­ren. Damit ist er in Reich­wei­te und Beweg­lich­keit maxi­mal fle­xi­bel und kann bei Bedarf auch auf engs­tem Raum um Hin­der­nis­se her­um arbei­ten. Gleich­zei­tig ist er von Grund auf nach­gie­big und kann gefahr­los mit dem Men­schen zusam­men­ar­bei­ten. Eine direk­te Mensch-Robo­ter-Kol­la­bo­ra­ti­on ist mit dem Bio­nic­SoftArm eben­so mög­lich wie der Ein­satz in klas­si­schen SCA­RA-Anwen­dun­gen, zum Bei­spiel Pick-and-Place-Aufgaben.

Bio­nic­Fin­Wa­ve: Unter­was­ser­ro­bo­ter mit ein­zig­ar­ti­gem Flossenantrieb

Die Natur lehrt uns ein­drucks­voll, wie die opti­ma­len Antriebs­sys­te­me für bestimm­te Schwimm­be­we­gun­gen aus­se­hen. Um sich fort­zu­be­we­gen, erzeu­gen Mee­res­stru­del­wurm und Sepia mit den Flos­sen eine durch­gän­gi­ge Wel­le, die sich ent­lang ihrer gesam­ten Län­ge vor­an­schiebt. Für den Bio­nic­Fin­Wa­ve hat sich das Bio­nik-Team von die­ser undu­lie­ren­den Flos­sen­be­we­gung inspi­rie­ren las­sen. Die Undu­la­ti­on drückt das Was­ser nach hin­ten, wodurch ein Vor­wärts­schub ent­steht. Mit die­sem Prin­zip manö­vriert sich der Bio­nic­Fin­Wa­ve vor­wärts oder rück­wärts durch ein Rohr­sys­tem aus Acrylglas.
Festo auf der Han­no­ver Mes­se 2019: Hal­le 15, Stand D11