Inspiriert von Origami: Faltbarer Roboterarm für Drohnen entwickelt

Der Arm kann mit einem Greifer oder einer Kamera ausgestattet werden und ermöglicht den Zugang zu Röhren, Schornsteinen oder anderen schmalen Orten. Eine Gruppe um Kyu-Jin Cho von der Seoul National University in Seoul (Südkorea) stellt das Gerät im Fachjournal „Science Robotics“ vor.

„Der Mangel an struktureller Steifigkeit war eine Haupteinschränkung in der praktischen Verwendung von Designs, die von Origami inspiriert sind“, schreiben die Forscher. Sie lösten das Problem mit einem zusätzlichen Element in ihren faltbaren Boxen, dem Schließer. Er ist so hoch wie die Box (zehn Zentimeter), aber deutlich schmaler als die Seitenbreite (vier Zentimeter).

Der Schließer klemmt im ausgefahrenen Zustand des Roboterarms zwischen Boden und Deckel der Box und sorgt so für Steifigkeit. Nach Angaben der Wissenschaftler ist die Box mit Schließer fünfmal widerstandsfähiger gegen Verbiegen und 200-fach gegen Zusammendrücken als ohne Schließer. Zusammengefaltet ist der Roboterarm vier Zentimeter lang, ausgefahren 70 Zentimeter.

Um Gewicht zu sparen, planten Cho und Kollegen nur einen einzelnen Elektromotor ein. Dieser ist über eine Sehne mit den sieben übereinandergesetzten Boxen und den Schließern verbunden. Beim Ausfahren wird die Sehne von der Rolle gelassen und elastische Bänder ziehen die einzelnen Teile des Arms in ihre Boxform. Die Schließer werden durch kleine Magneten in ihre Position gebracht, in der sie für Aussteifung sorgen. Beim Einfahren des Arms faltet der Elektromotor durch das Aufrollen der Sehne gegen den Widerstand der elastischen Bänder und Magneten die Boxen wieder zusammen.

Die Wände der Boxen bestehen aus Polyethylenterephthalat (PET) und einem Ripstop-Gewebe, wie es bei Fallschirmen verwendet wird. Bei der Herstellung werden zwei PET-Folien mit dem dazwischenliegenden Ripstop-Gewebe mittels Heißpresse zusammengefügt. Diese Leichtgewichtskonstruktion führt dazu, dass der 70 Zentimeter lange Roboterarm einschließlich Elektromotor nicht mehr als 260 Gramm wiegt. Das ist wichtig, weil das Zuladungsgewicht bei den meisten Drohnen sehr begrenzt ist.

Die Forscher selbst sehen eine Schwäche ihrer Erfindung darin, dass der Roboterarm instabil wird, wenn die Drohne mit dem ausgefahrenen Arm schnell fliegt. Auch wird die Länge des Arms durch die Reibung der Sehne begrenzt, obwohl sie über Rollen geführt wird. Auch dass der Arm starr ist, sehen sie als Nachteil an, sind aber zuversichtlich, dass ein faltbarer Arm mit Gelenken gestaltet werden kann.