3D-Drucker auf acht Beinen

Mechanische Spinnen am Werk: Krabbelnde Roboter mit Druckerdüsen könnten die Konstruktion von Bauteilen für Autos oder Flugzeuge erleichtern. Die High-Tech-Maschinen arbeiten wie mobile 3D-Drucker. Schicht für Schicht können sie selbst Oberflächen komplexer Gebilde wie Schiffskörper gestalten. Dabei arbeiten mehrere Roboter in einer Gruppe arbeitsteilig zusammen – vollständig autonom.

In der Robotik werden gerne Tiere als Vorbild für Funktion und Design neuer Maschinen genommen. Dabei bedienen sich die Ingenieure über alle Tiergruppen hinweg und entwickelten bereits Roboter-Bienen, –Rochen, –Affen und vieles mehr. Das Unternehmen Siemens hat nun die nächste Schöpfung in der Reihe der Robo-Tiere vorgestellt: Spinnen-Roboter, die statt Seide ein schnell-härtendes Polymer absondern und damit Industriewerkstücke beschichten können.

Vom Computer in die reale Welt

Bereits im Januar 2014 krabbelten die ersten Robo-Spinnen herum – damals allerdings noch in der virtuellen Welt. Mittlerweile sind sie in der realen Welt angekommen. Die am PC entworfenen Bauteile der Roboter produzierten Livio Dalloro vom Siemens-Forschungszentrum in Princeton und sein Team mithilfe eines klassischen 3D-Druckers. Die zusammengebauten „Siemens-Spiders“, kurz SiSpis, sind dann selbst kleine mobile 3D-Drucker.

Mit einer Düse am Ende ihres Druckarms können die SiSpis Material schichtweise im Mikrometerbereich auf Oberflächen von Flugzeugrümpfen oder Schiffskörpern auftragen, ganz ähnlich wie es ein stationärer 3D-Drucker machen würde. Doch eine Robo-Spinne alleine ist nicht genug: Die Entwickler setzen auf den Vorteil der Gruppe. Sie haben die SiSpis so programmiert, dass sie arbeitsteilig zusammenarbeiten.

Mit ihren acht Beinen können die SiSpis sozusagen als mobile 3D-Drucker eingesetzt werden. © Siemens

Wie arbeiten Roboter zusammen?

Damit die Gruppenarbeit der SiSpis nicht im Chaos endet, hat Dalloros Team die Spinnen-Roboter mit einem neu entwickelten Computeralgorithmus programmiert. Dadurch sprechen sich die Maschinen untereinander ab, sodass jede einen Teil des Druckprojektes bearbeitet, den sie mit ihrem 3D-Druckarm erreichen kann. Nebenan geht dann der Robo-Kollege ans Werk, sodass eine lückenlose Fertigstellung der Aufgabe gewährleistet ist.

Dank dieser koordinierten Zusammenarbeit sind die Roboter in der Lage, selbst komplexe Geometrien gemeinsam so zu bearbeiten, dass kein Fleck ausgelassen wird. „Bisher hat noch niemand versucht, so etwas mittels mobiler Produktion durchzuführen“, sagt Projektmitarbeiter Hasan Bank.

Schichtwechsel

Um sich auf ihrem Arbeitsplatz zurechtzufinden, sind die SiSpis mit Onboard-Kameras und einem Laser-Scanner ausgestattet. So erkennen sie zum Beispiel auch Hindernisse auf ihrem Weg, die sie dann dank ihres Algorithmus selbstständig umgehen, wie die Forscher berichten.

Wenn bei einer Roboter-Spinne nach etwa zwei Arbeitsstunden die Akkuleistung zu Neige geht, macht sie sich von selbst auf den Weg zur Ladestation. Jedoch nicht, ohne zuvor ihre Daten an eine andere Spinne zu übermitteln, die sich gerade aufgeladen hat. Diese kann dann als Ablöse dort weitermachen, wo die erste Spinne aufgehört hat.

Technologie auch für andere Roboter

Damit in Zukunft so große Bauteile wie Schiffsrümpfe von den SiSpis beschichtet werden können, sind den Forschern zufolge vermutlich hunderte der Roboter nötig. Doch das Ziel, die autonome Zusammenarbeit mehrere Roboter mit möglichst wenig Programmieraufwand zu ermöglichen, sei schon jetzt erreicht, so die Entwickler.

Sie wollen ihr Know-How nun auch auf andere Industrieroboter übertragen: „Sobald die Technologie ausgereift ist“, schätzt Bank, „könnte man sie auf fast allem anwenden.“

(Siemens AG, 06.04.2017 – CLU)