Selbstheilende Softroboter: Wegbereiter der Nachhaltigkeit
Mit der Integration innovativer Werkstoffe tritt die Robotik in eine neue Ära der Transformation ein. Diese fortgeschrittenen Werkstoffe verfügen über einzigartige Eigenschaften wie zum Beispiel Selbstheilung und Anpassungsfähigkeit, dank der Roboter biologische Systeme nachahmen können. Mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen steht das Team des Projekts SMART an der Spitze dieser Innovation und es wird Softrobotik entwickeln, bei der intelligente, auf Reize reagierende Werkstoffe mit hochmodernen Design- und Steuerungssystemen kombiniert werden.
Die Herausforderungen der modernen Robotik meistern
Traditionelle Robotiksysteme sind oft überdimensioniert und komplex, wobei schwere und übergroße Konstruktionen die Folge sind, die kostspielig und schwierig zu warten sind. Außerdem kommt es bei diesen Systemen in dynamischen Umgebungen, in denen weiche, flexible Materialien für eine effektive Interaktion unerlässlich sind, zu Schwierigkeiten. „Die Integration selbstheilender Werkstoffe in die Softrobotik geht mit erheblichen Herausforderungen einher. So musste sichergestellt werden, dass diese Materialien ihre mechanischen Eigenschaften und gleichzeitig ihre selbstreparierenden Fähigkeiten beibehalten“, erklärt Bram Vanderborght, SMART-Projektkoordinator und Professor an der Vrije Universiteit Brüssel und am imec. Um diese Probleme zu lösen, griff das Team von SMART auf die interdisziplinäre Zusammenarbeit zurück. Fachleute aus Werkstoffwissenschaft und Robotik haben gemeinsam Polymere entwickelt, bei denen ein Gleichgewicht zwischen Weichheit und Haltbarkeit besteht, und die eine schnellere Heilung bei Raumtemperatur ermöglichen. Diese Werkstoffe wurden nahtlos in fortgeschrittene Sensor- und Betätigungstechnologien integriert, um völlig autonome Robotiksysteme zu schaffen, die in der Lage sind, Schäden zu erkennen und zu reparieren, wobei menschliche biologische Prozesse nachgeahmt werden.
Umweltfreundlichere und nachhaltige Lösungen im Mittelpunkt
Ein zentrales Thema des Projekts SMART war die Nachhaltigkeit. Die Forschenden legten den Schwerpunkt auf umweltfreundlichere Chemikalien, um die Auswirkungen auf die Umwelt zu minimieren, was im Einklang mit den weltweiten Bemühungen um eine Kreislaufwirtschaft steht. „Die im Rahmen des Projekts SMART entwickelten selbstheilenden Polymere verlängern den Lebenszyklus von Robotiksystemen und verringern den Abfall erheblich“, berichtet Vanderborght. Durch die Zusammenarbeit mit der Industrie wurde sichergestellt, dass diese Werkstoffe den praktischen Anforderungen entsprechen und gleichzeitig den Zielen der Nachhaltigkeit dienlich sind. Das Ergebnis ist ein Paket umweltfreundlicher und industriell einsetzbarer Werkstoffe.
Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen im Dienste der intelligenten Steuerung
Künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen übernahmen bei der Optimierung der Fähigkeiten der SMART-Robotiksysteme eine entscheidende Rolle. KI-gesteuerte Algorithmen wurden zur Überwachung des Zustands von Strukturen und zur Erkennung von Schäden eingesetzt, während mit maschinellem Lernen ausgestattete Modelle die Vorhersage von Materialreaktionen auf Reize unterstützten. Mithilfe dieser Technologien konnten die Roboter in dynamischen Umgebungen navigieren und autonom mit Schäden umgehen, wodurch ihre Leistungsfähigkeit und Funktionalität optimiert wurde. Ausbildung der nächsten Innovationsgeneration Das Team des Projekts SMART konzentrierte sich außerdem auf den Aufbau von Humankapital. Während der Projektlaufzeit wurden fünfzehn Nachwuchsforschende im Rahmen eines multidisziplinären Programms ausgebildet, das Werkstoffwissenschaft, Robotik und Industriezusammenarbeit miteinander verknüpft. Die Ausbildung in übertragbaren Fähigkeiten vermittelte den Nachwuchsforschenden Kompetenzen wie Kommunikation, Vernetzung und Problemlösung, während sie im Lauf von Entsendungen praktische Erfahrungen bei der Verknüpfung von akademischer Forschung und Industriebedürfnissen sammelten. „Mit Entsendungen wurde die Kluft zwischen der akademischen Forschung und den Bedürfnissen der Industrie überbrückt und wurden den Forschenden sowohl technische als auch soziale Kompetenzen vermittelt“, betont Fatma Demir, Projektleiterin von SMART. Mit diesen Bemühungen wurde eine neue Wissenschaftsgeneration darauf vorbereitet, zukünftige Fortschritte in der nachhaltigen Robotik anzuführen. Die Zukunft der Robotik beeinflussen Die im Rahmen des Projekts SMART erzielten Durchbrüche versprechen erhebliche sozioökonomische und ökologische Vorteile. Die Anwendungen reichen von der Gesundheitsversorgung bis zur industriellen Automatisierung, wo Roboter in schwierigen Umgebungen arbeiten müssen. Durch die Verlängerung der Lebensdauer von Robotiksystemen und die Senkung der Instandhaltungskosten trägt die Projektarbeit zu mehr Effizienz und Nachhaltigkeit bei. Die Gründung von Valence Technologies, einem Spin-off-Unternehmen des Gemeinschaftsunternehmens SMART, gilt als ein Beispiel für die Umsetzung von Forschungsergebnissen in marktreife Lösungen. Die im Zuge des SMART-Projekts im Bereich der Softrobotik realisierten Innovationen verringern den Ressourcenverbrauch und unterstützen einen florierenden Markt für nachhaltige Technologien. Diese Fortschritte gewährleisten, dass Robotiksysteme in komplexen Umgebungen selbstständig arbeiten können, wobei sie diesen Industriezweig revolutionieren und gleichzeitig den Umweltfußabdruck minimieren. Das Team von SMART hat einen Maßstab für die Integration von fortgeschrittenen Werkstoffen, intelligenten Systemen und Nachhaltigkeit in die Robotik gesetzt. Mit seinen Errungenschaften geht das Projektteam auf aktuelle Herausforderungen ein und legt den Grundstein für eine Zukunft, in der Roboter harmonisch innerhalb dynamischer Umgebungen und komplexer Systeme arbeiten werden.
Schlüsselbegriffe
SMART, Nachhaltigkeit, Softrobotik, selbstheilende Werkstoffe, KI, maschinelles Lernen, intelligente Werkstoffe, umweltfreundlichere Chemikalien, industrielle Automatisierung
