Winzigkleiner Roboter gewinnt das Rennen
Die Adaptronik ist eine interdisziplinäre Wissenschaft, die sich auf die Entwicklung mechano-elektrischer Systeme konzentriert, die zu adaptiver Steuerung, zur Selbstanpassung in Reaktion auf Veränderungen der Umgebungsbedingungen in der Lage sind. Mikrorobotik und Mikrofertigungssysteme zur Montage mikroskopischer Komponenten zählen zu den vielversprechendsten Anwendungen der Adaptronik. Adaptive Systeme weisen viele komplexe Komponenten und Funktionen auf. Herzstück adaptiver Geräte sind oft intelligente (aktive) Materialien wie etwa jene, die auf eine Änderung des Drucks mit einer Änderung der elektrischen Ausgangsleistung und umgekehrt (piezoelektrische Materialien) reagieren. Dazu gehören auch Sensoren zur Erfassung von Änderungen bei bestimmten Parametern und Aktoren, um eine geeignete Antwort zu beeinflussen. Letztlich braucht man Steuerungstechnik, um die Zusammenarbeit sämtlicher Teile zu koordinieren. Derartige Systeme haben sehr strenge Leistungsanforderungen, bei denen es um Auflösungen im Nanometerbereich und Reaktionszeiten von Millisekunden geht. Schnelle, präzise Miniatursensoren für diese Mikrorobotikanwendungen fehlen derzeit noch. Europäische Wissenschaftler wollen nun diese Lücke mit Hilfe der EU-Mittel des Micropads-Projekts ("New micro-robotic systems featuring piezoelectric adaptive microstructures for sensing and actuating, with associated embedded control") füllen. Micropads konzentrierte sich auf die Entwicklung aktiver Bauteile im Zenti- und Millimeterbereich, in die Aktuator- und Sensorfunktionen zusammen mit eingebetteter Regeltechnik in das entsprechende piezoelektrische Material integriert sind. Die Wissenschaftler erforschten zunächst neue Materialien und Verarbeitungsverfahren. Sie identifizierten eine neue Generation piezoelektrischer Materialien (Bleimagnesiumniobat-Bleititanat-Kristalle, PMN-PT) in Kombination mit Silizium als vielversprechendsten Weg zur Entwicklung hochleistungsfähiger Mikrosysteme. Das Konsortium entwarf dann innovative Mikroaktoren auf Grundlage einer Kombination thermischer und piezoelektrischer Prinzipien (sogenannte thermopiezoelektrische Hybridaktoren), die zur Patentierung angemeldet sind. Die Entwicklung eingebetteter Messsysteme für die piezoelektrischen Mikroaktoren ermöglichte den Einsatz des piezoelektrischen Systems sowohl als Aktuator als auch als Sensor, wobei Mess- und Regeltechnik in eine Elektronikplatine eingebettet ist. Die Systeme ermöglichen bessere Signale bei geringeren Kosten und bei wesentlich geringere Platzbedarf. Aufbauend auf der neuen Technologie baute das Micropads-Konsortium einen mobilen Mikroroboter. Das verblüffende Resultat belegte auf der renommierten IEEE ICRA (Institute of Electrical and Electronics Engineers International Conference on Robotics and Automation) den ersten Platz und stellte in einem Roboterrennen einen Weltrekord auf. Das Micropads-Konsortium hat damit supermoderne Adaptronik mit einem nahezu unbegrenzten Anwendungsbereich entwickelt.
