Design-Methodik für die weiche Miniatur-Robot-Lokomotion

• Antragsteller: Professor Dr. Metin Sitti
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404646560

Miniatur-Weichkörper-Materialroboter, die ungebunden und klein in der Gesamtgröße bis zu einigen Millimetern und sogar Submillimeter-Größenordnungen sind, müssen mehrere Fortbewegungsmodi aufweisen, um in komplexen Umgebungen, wie im Inneren des menschlichen Körpers, zu navigieren. Solche Miniatur-Weichkörper-Roboter für den medizinischen Einsatz werden in der Lage sein, mit minimaler Invasion auf zuvor schwer zugängliche oder unzugängliche Stellen des menschlichen Körpers zuzugreifen und medizinische Operationen sicher und präzise durchzuführen. Um solche neuartigen Miniatur-Weichkörper-Maschinen für den medizinischen Einsatz zu entwickeln, zielt dieses Forschungsprojekt darauf ab, eine systematische Methodik für Design, Herstellung und Validierung von mobilen Miniaturrobotern mit multimodalen Fortbewegungsmöglichkeiten unter Verwendung magnetisch-weicher Elastomer-Materialien zu entwickeln.Um dieses Ziel zu erreichen, besteht unser Forschungsziel in diesem Vorschlag aus drei iterativen Schritten. Im ersten Schritt werden wir die Roboter mit weichen Körpern so konstruieren, dass sie die Kinematik verschiedener Fortbewegungsmodi nachahmen, die von verschiedenen kleinen Tieren mit weichem Körper ausgeführt werden. Wir beginnen mit einem intuitiven Roboterdesign und entwickeln dann eine Berechnungsmethodik, die systematisch nach suboptimalen Roboterkonstruktionen sucht. Im nächsten Schritt, um die im ersten Schritt generierten Weichkörper-Roboterkonstruktionen zu realisieren, werden wir die aktuellen Fertigungstechniken für weiche Soft-basierte Miniatur-Softroboter deutlich weiterentwickeln und ein Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Geometrien und Magnetisierungsprofilen entwickeln. Im letzten Schritt werden wir ermittelte Fortbewegungsmodi testen und charakterisieren, um ihre Leistung zu bewerten und auch die entwickelten dynamischen Modelle der Fortbewegung zu validieren. Das in diesem Schritt gesammelte Wissen wird als Richtschnur für die Verbesserung des Designs der Weichkörper-Miniaturroboter und ihrer gesamten multimodalen Fortbewegungsleistung in den nächsten Iterationen verwendet.

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