Robotertechnik: Ultraschallwellen lassen Objekte schweben

Es grenzt an Magie: Die halbkugeligen Greifer eines Roboters können empfindliche Kleinteile ergreifen, ohne sie zu berühren, und an ihren Bestimmungsort bringen. Dort werden sie millimetergenau platziert.

Luftbild ETH Zentrum.

Foto: ETH Zürich / Alessandro Della Bella

Tragende Elemente sind winzige Lautsprecher in den Zangen. Deren Ultraschallwellen halten die Teile, die erfasst und bewegt werden sollen, in der Schwebe. Am Ziel angekommen werden sie genau da abgelegt, wo sie hinsollen. Dafür sind erneut Schallwellen zuständig. Sie lassen sich so manipulieren, dass das Objekt präzise abgelegt wird.

„Akustisches Schweben“

Den berührungslos agierenden Greifer hat Marcus Schuck entwickelt, der an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich am Labor für Leistungselektronik promoviert hat und jetzt als ETH-Pioneer-Fellow forscht. „Man spricht von akustischem Schweben“, sagt der Wissenschaftler. Berührungsloser Transport verhindert Schäden an wertvollen Kleinteilen, wie sie etwa in der Uhrenindustrie oder bei der Chipherstellung verwendet werden. Bisher setzt man dazu Softroboter ein, die weiche Greifer haben. Doch die können verschmutzen, und präzise navigieren kann man damit nicht.

Schallwellen erzeugen ein Druckfeld

„No Touch-Robotics“, nennt Schuck sein Projekt. Es basiert auf einem Prinzip, das seit mehr als 80 Jahren bekannt ist und vor allem in der Raumfahrt verwendet wird. Schallwellen erzeugen ein für den Menschen unsicht- und unhörbares Druckfeld, das Objekte vor sich hertreiben kann. Das ist jedoch nicht Schucks Ziel. Er setzt auf Präzision. Deshalb überlagert er Schallwellen, sodass sie gewissermaßen einen Käfig bilden, in dem die Objekte gefangen werden. Sie schweben in einer akustischen Falle.

Software sorgt für die richtige Positionierung

Die Greifer hat er per 3D-Druck hergestellt und winzige Lautsprecher eingebaut. Mit Hilfe einer Software, die er entwickelt hat, kann er die Schallwellen so steuern, dass sich die akustische Falle verschiebt, etwa um das Transportgut an einem bestimmten Platz abzulegen. Der Roboterarm selber muss nicht einmal sehr präzise sein.

„Die exakte Positionierung erfolgt durch die mit der Software gesteuerten Ultraschallwellen“, so Schuck.

ETH-Doktorand Marc Röthlisberger, der mit Schuck sowie dem Masterstudenten Christian Burkard im Technopark Zürich eine Laborgemeinschaft bildet, arbeiten jetzt daran, den Greifer zur Serienreife zu bringen.

Die wirtschaftlichen Vorteile

Das berührungslose Greifen hat nicht nur den Vorteil, dass wirklich nichts kaputt geht. Es hat auch andere wirtschaftliche Vorteile. Während die Greifer herkömmlicher Roboter an die jeweilige Form des Transportguts angepasst werden müssen, schafft der ETH-Greifer Objekte beliebiger Gestalt. Die Software sorgt für eine jeweils passende akustische Falle.

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