NUS-Ingenieure entwickeln hybriden Soft-Roboter für vielfältige Industrieanwendungen

Inspiriert von der natürlichen Geschicklichkeit der menschlichen Hand haben Ingenieure der National University of Singapore (NUS) ein rekonfigurierbares hybrides Robotersystem geschaffen, das diverse Objekte greifen kann: von kleinen, weichen und empfindlichen bis hin zu großen, schweren und sperrigen. Die Technologie soll Branchen wie Lebensmittelmontage, Vertical Farming und Verpackung schnelldrehender Konsumgüter beeinflussen, die in den kommenden Jahren zunehmend automatisieren werden.

Hybride Greifer mit weichen 3D-gedruckten Fingern

Unter der Leitung von Associate Professor Raye Yeow vom Department of Biomedical Engineering und dem NUS Advanced Robotics Center nutzen die hybriden Roboter-Greifer weiche, flexible 3D-gedruckte Finger mit einer rekonfigurierbaren Greiferbasis.

„Form, Textur, Gewicht und Größe eines Objekts beeinflussen, wie wir es greifen. Das ist einer der Hauptgründe, warum viele Industrien bei der Verpackung und Handhabung empfindlicher Artikel noch stark auf menschliche Arbeit angewiesen sind“, sagte Yeow. „Unsere hybride Roboter-Greifer-Technologie revolutioniert traditionelle Pick-and-Place-Aufgaben, indem sie fortschrittliche Fähigkeiten bietet, die es Robotern ermöglichen, sicher mit empfindlichen Objekten verschiedenster Formen, Größen und Steifigkeiten zu interagieren – genau wie die menschliche Hand.“

Menschliches Greifen als Vorbild

Greifen ist eine der häufigsten und natürlichsten Aufgaben für Menschen, für Roboter jedoch nicht intuitiv. Um menschenähnliche Greiffähigkeiten zu erreichen, benötigen Roboter Computer Vision und Deep Learning, um Objekttypen und deren Orientierung zu erkennen. Der Greifer kann dann automatisch entscheiden, wie Objekte am besten gegriffen und platziert werden, um menschliche Eingriffe zu minimieren.

Mit dem Ziel, Roboter-Greifer zu entwickeln, die so geschickt sind wie menschliche Hände, entwickelte das Team hybride Greifer mit drei oder vier weichen Fingern, die auf Abruf rekonfigurierbar sind. Die finger sind luftgetrieben und mit einem neuartigen Verriegelungsmechanismus für einstellbare Steifigkeit ausgestattet. Drei Typen hybrider Robotersysteme wurden entwickelt – quasi drei verschiedene Hände für unterschiedliche Kontexte.

GourmetGrip: Für feine Lebensmittelhandhabung

Der erste Typ, GourmetGrip, eignet sich für granulare Aufgaben wie den Umgang mit empfindlichen Snacks oder leicht beschädigbaren Lebensmitteln wie Tofu und deren Verpackung in Take-away-Boxen. Dieser Weichhand-Modus ist rekonfigurierbar, um verschiedene Griffposen und räumliche Einschränkungen zu berücksichtigen. An einem Industrieroboterarm montiert, erreicht GourmetGrip Pick-and-Place-Geschwindigkeiten, die mit menschlichen vergleichbar sind, und kann diese Aufgaben rund um die Uhr konstant ausführen.

Im Benchmark gegen andere kommerziell verfügbare Greifer liefert GourmetGrip etwa 23 % Verbesserung der Greifeffizienz mit schnellerer und präziserer Handhabung. Bisher kann das System über 50 verschiedene Lebensmittel wie Pudding, Tortenstücke, Gemüse und Obst effektiv aufnehmen.

UnisoGrip: Universeller Greifer für Konsumgüter

Der zweite Typ, UnisoGrip (Universal Soft Gripper), ist die breit anwendbare Lösung des Teams. Er ist für die Handhabung verpackter Waren an Montagelinien konzipiert, typischerweise im finalen Stadium vor dem Verpacken in Versandboxen.

Er kann seinen Greifbereich erheblich erweitern und verfügt über weiche, drehbare Greiferfinger für schonendes Greifen sowie einen Vakuumsaugkopf, der das Manövrieren ungünstig positionierter Objekte wie die Ecke eines Behälters ermöglicht.

Im Gegensatz zu GourmetGrip, dessen Greifbereich einer menschlichen Hand ähnelt, ist UnisoGrip deutlich größer und kann Objekte bis zu 30 cm Breite und 3 kg Gewicht handhaben – vielseitiger für diverse Konsumgüter. Die Greifeffizienz ist 20 % höher als bei kommerziellen Alternativen. Bisher kann UnisoGrip über 30 verschiedene Konsumgüter wie Getränkeflaschen, Kaffeepulverpackungen, Nachfüllpackungen für Waschmittel u. v. m. aufnehmen.

Vollständig anpassbarer dritter Typ

Der dritte Greifertyp ist vollständig anpassbar, basierend auf den GourmetGrip/UnisoGrip-Plattformen, um spezifische Kundenbedürfnisse und Platzrestriktionen zu erfüllen. Dieser Ansatz bietet vielfältige Greifoptionen für Objekte unterschiedlicher Formen, Größen und Verpackungsmaterialien.

Kommerzialisierung über Spin-off RO+

Das NUS-Start-up RO+ bietet kommerziellen Partnern verschiedene Bereitstellungsoptionen: gebündelt mit Roboterarm oder einzeln, da die Greifer einfach an kommerzielle Roboterarme montierbar sind. RO+ plant auch eine 4-in-1-Lösung mit Greifer, Roboterarm, Computer-Vision-Modul und Förderbandsystem. Das Team arbeitet daran, die Intelligenz der Greifer durch Machine Learning zu erhöhen, wobei das System über eine Online-Bibliothek kontinuierlich neue Artikel erlernen und das Greifen optimieren kann.