Kabellose Softrobotik: Wie Filaflex 70A pneumatische Logik aus dem 3D-Druck antreibt
Kabellose Robotik: Wie Filaflex 70A die pneumatische Logik der Zukunft ermöglicht
Bioinspirierte Innovation trifft auf flexiblen 3D-Druck
Stellen Sie sich vor, Roboter zu entwickeln, die sich bewegen, greifen und mit der Umgebung interagieren – ganz ohne Elektronik, Kabel oder starre Bauteile. Diese Zukunft ist nun Realität dank eines bahnbrechenden Projekts von Forschenden der Universität Freiburg. Mit den einzigartigen Eigenschaften von Filaflex 70A haben sie vollständig 3D-gedruckte pneumatische Logikschaltkreise entwickelt, die die nächste Generation der Softrobotik antreiben.
Test eines weichen Roboters unter extremer Belastung
1. Lernen von der Natur: Bioinspiration in ihrer besten Form
Die Natur inspiriert seit jeher Ingenieure und Designer auf der Suche nach effizienten und anpassungsfähigen Systemen. In diesem Fall waren die gebogene Haltung menschlicher Finger und der Sehnenverriegelungsmechanismus von Greifvögeln der Schlüssel zur Entwicklung eines Greifers mit natürlich vorgekrümmten Fingern. Diese bioinspirierte Form verbessert nicht nur die Reaktionszeit, sondern ermöglicht es den Aktuatoren auch, Objekte mit minimalem Energieaufwand zu halten.
Das Design imitiert die leicht gebogene Ruhestellung der Finger und ermöglicht ein schnelleres Schließen – ein entscheidender Faktor für Hochgeschwindigkeitsgreifer.
2. Material macht den Unterschied: Warum Filaflex 70A ein Gamechanger war
Der Projekterfolg beruhte auf der Wahl eines flexiblen Filaments, das internem Luftdruck standhält, präzise druckbar ist und seine Struktur auch bei Wandstärken unter einem Millimeter bewahrt. Nach umfangreichen Tests war Filaflex 70A das einzige Material, das Elastizität, Schichthaftung und Luftdichtheit ideal kombinierte.
- Luftdichte Membranen mit nur 0,5 mm Wandstärke möglich
- Exzellente Druckgeschwindigkeit und Oberflächenqualität
- Flexibel genug, um ohne Risse geknickt zu werden
- Perfekt geeignet für pneumatische Systeme und Softrobotik
Dank seiner Vielseitigkeit konnten die Forschenden Logikmodule mit integrierten Kanälen und Kammern entwerfen – alles in einem einzigen Druckvorgang ohne Stützstrukturen.
3. Pneumatische Logik: Digitales Denken ohne Elektronik
Einer der revolutionärsten Erfolge dieses Projekts war die Entwicklung von pneumatischen Logikgattern – AND, OR, NOT – vollständig aus flexiblem Material gedruckt. Diese Gatter nutzen Differenzluftdruck zur Ausführung boolescher Logikfunktionen und ermöglichen eine vollständige Robotersteuerung ganz ohne Elektronik.
Diese neue Form pneumatischer Intelligenz ermöglicht:
- Steuerung von Gangarten bei weichen Laufrobotern
- Automatisierung peristaltischer Pumpen für Flüssigkeitstransport
- Mechanische Benutzeroberflächen auf Logikbasis
- Ultrarobuste Greifer für Industrie- und Pflegeanwendungen
Das modulare Design erlaubt die Wiederverwendung und Anpassung der Komponenten an unterschiedlichste Robotikarchitekturen.
4. Interview mit Dr. Falk Tauber: Hinter dem Durchbruch
Dr. Falk Tauber – Universität Freiburg
Was inspirierte Ihr Aktuatordesign?
„Die natürliche Krümmung ruhender Finger und Vogelfänge. Wir wollten vorgekrümmte Formen, die sich schnell zuschnappen – genau wie in der Natur.“
Wie fiel die Wahl auf Filaflex 70A?
„Wir haben viele Materialien getestet. Filaflex 70A war das einzige, das uns Druckgeschwindigkeit, Schichthaftung und Luftdichtheit bot – und 0,5-mm-Membranen problemlos meisterte.“
Gab es technische Herausforderungen?
„Definitiv! Dünne, luftdichte Drucke zu erreichen war schwierig. Wir experimentierten mit Extrusionsdruck, individuellen Flusseinstellungen und Düsen bis 0,8 mm.“
Was war das spannendste Ergebnis?
„Ein vollständig funktionierender, elektronikkfreier Laufroboter – in einem Stück gedruckt, ausschließlich mit Filaflex 70A.“
Und die nächsten Schritte?
„Wir zielen auf schnelleres Drucken, integrierte Sensorik und medizinische Anwendungen. Das Potenzial dieser Logik ist enorm.“
5. Designphilosophie: Drucken für Leistung
Das gesamte System wurde auf die Möglichkeiten und Grenzen des flexiblen FDM-Drucks abgestimmt. Die Forschenden optimierten ihre CAD-Modelle, um Stützstrukturen zu vermeiden, Rückzüge zu minimieren und gleichmäßige Luftströmungen im Inneren sicherzustellen. Alle Schaltungen wurden in einem Durchlauf gedruckt – ganz ohne Stützmaterial.
Das Ergebnis sind funktionale, optisch saubere, leicht reproduzierbare und skalierbare Schaltungen. Es zeigt: Gute Softrobotik braucht kein Nachbearbeiten – nur kluges Design und das richtige Filament.
6. Anwendungen in Aktion: Belastbarkeit trifft Kreativität
Das Team präsentierte zwei eindrucksvolle Demos:
- Ein Getränkeautomat, betrieben von pneumatischer Oszillation und Logik – ganz ohne Kabel
- Ein Laufroboter, der das Überrollen durch ein 1.800 kg schweres Auto überstand – und danach weiterlief
Diese Beispiele belegen die Alltagstauglichkeit flexibler, filamentgedruckter Robotik – von der Produktionslinie bis hin zu Such- und Rettungseinsätzen.
Fazit
Dieses bahnbrechende Projekt vereint bioinspirierte Gestaltung, pneumatische Intelligenz und modernste flexible Materialien zu einer neuen Ära der Softrobotik. Im Zentrum steht Filaflex 70A, das Funktionen ermöglicht, die bisher für 3D-gedruckte Systeme als unerreichbar galten. Ob Robotik oder Medizintechnik – diese Arbeit markiert den Übergang zu intelligenter, nachhaltiger und zugänglicher Robotiktechnologie, vollständig angetrieben von flexiblem Material.
Über die Forschung
📄 Wissenschaftlicher Artikel:
3D-Printed Digital Pneumatic Logic for the Control of Soft Robotic Actuators
Veröffentlicht in Science Robotics (AAAS)
Datum: 31. Januar 2024
DOI: 10.1126/scirobotics.adh4060
Typ: Peer-Review-Fachartikel
🧠 Autoren:
S. Conrad, J. Teichmann, F.J. Tauber*, P. Auth, N. Knorr, K. Ulrich, D. Bellin, T. Speck
*Gleicher Beitrag (F.J. Tauber & J. Teichmann)
Korrespondenz:
Dr. Falk J. Tauber
Dr. Stefan Conrad
🏫 Institutionen:
Universität Freiburg, Deutschland
- Arbeitsgruppe Pflanzenbiomechanik @ Botanischer Garten
- Exzellenzcluster livMatS
- Freiburg Center for Interactive Materials and Bioinspired Technologies (FIT)
🧪 Technologie & Materialien:
- Material: Filaflex 70A (Recreus)
- Fertigung: FDM-3D-Druck ohne Stützmaterial
- Systeme: Pneumatische Logikgatter (AND, OR, NOT), Getränkeautomat, Laufroboter
- Software: PrusaSlic3r 2.4 + angepasste Flusseinstellungen
🎤 Interview:
Zusätzliche Einblicke bietet ein exklusives Interview mit Dr. Falk Tauber über Herausforderungen, Materialwahl und künftige Anwendungen in Medizin und autonomer Robotik.
