Entwicklung und Charakterisierung von weichen magnetischen Materialien mit Anisotropie in den mechanischen Eigenschaften und mehrfach stimulierbarer Nachgiebigkeit

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Odenbach; Professor Dr.-Ing. Klaus Zimmermann
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404586657

Die Projektziele sind (A) die Untersuchung von weichen magnetischen Hybridmaterialien, die aus magnetischen Partikeln suspendiert in einer hoch elastischen Matrix, welche teilweise oder vollständig aus thermoplastischem Material besteht, und (B) die Ausnutzung der Vorteile in Form ihrer magnetisch reversibel veränderbaren Eigenschaften in prototypischen Lösungen für Anwendungen in der Soft Robotik. Das visionäre Ziel der Forschungen ist dabei auf die Erzeugung adaptiver mechanischer Nachgiebigkeit der technischen Funktionselemente, wie Aktoren und Sensoren, gerichtet. Es wird die Idee verfolgt, durch die Nutzung dieser ‚intelligenten’ Materialien die Effizienz von nachgiebigen Systemen im Vergleich zu Systemen ohne reversibel veränderbare Eigenschaften signifikant zu steigern. Zusätzlich zu einer variablen mechanischen Nachgiebigkeit ermöglichen die aktorischen und sensorischen Fähigkeiten dieser Materialien ein hohes Maß an Funktionsintegration.Der Schwerpunkt der geplanten Untersuchungen liegt auf der Betrachtung der Anwendbarkeit von drei Materialsystemen im Zusammenhang mit weichen Robotersystemen und deren vergleichende Analyse und Bewertung. Magnetische Hybridmaterialien (1) mit einem thermoplastischen Elastomer als Matrixmaterial, (2) mit einer Elastomer-Thermoplast-Matrix und (3) mit einer Elastomer-Matrix und eingebetteten makroskopischen thermoplastischen Einlagerungen werden untersucht. Der Fokus in der ersten Antragsperiode liegt auf der Methodenentwicklung, zugehörig zur theoretischen Beschreibung makroskopischen mechanischen Materialverhaltens, durch die Bereitstellung von geeigneten Materialmodellen und Entwurfswerkzeugen auf verschiedenen Abstraktionsebenen. Dazu kommt die experimentelle Charakterisierung der besonderen mechanischen Materialeigenschaften, wie der thermisch und magnetisch beeinflussbaren Steifigkeit.Die systematischen Untersuchungen, bestehend aus Material-, Komponenten- und System-Entwurf, werden prinzipiell neue Anwendungen weicher magnetischer Hybridmaterialien für Soft Robotik Systeme ermöglichen. Das intrinsische aktorische und sensorische Potenzial dieser Materialien, umgesetzt in einer hohen Funktionsintegration, kann zu einer neuen Qualität in der Adaptionsfähigkeit von Soft Robots bezüglich Aufgaben und Umgebungsbedingungen führen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2100: Soft Material Robotic Systems