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Projekt
Cooperative elastomere Multiactuator-Plattform (CALMAR)
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Jürgen Maas; Professor Dr.-Ing. Uwe Marschner; Professor Dr.-Ing. Andreas Richter; Dr.-Ing. Ernst-Friedrich Markus Vorrath
Fachliche Zuordnung
Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
Förderung
Förderung seit 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 512586089
Kollaborative Multi-Aktor-Systeme werden zukünftig wichtige Komponenten für visionäre Technologien sein, beispielsweise in der Robotik, bei medizinischen Geräten und fortschrittlichen Benutzerschnittstellen. Der potenzielle Einsatzbereich solcher Geräte reicht von der Nanoskala, wo sie in einem Bereich arbeiten, in dem viele Phänomene ihren Ursprung haben, bis zur Mikro- und Makroskala. In konzeptioneller Hinsicht unterscheiden sie sich in den verschiedenen Größenordnungen erheblich. Je größer sie werden, desto mehr nähern sich die technischen Anforderungen den menschlichen Fähigkeiten an. Sie sollen in der Lage sein, selbständig komplexe Bewegungsabläufe und Aufgaben zu realisieren, ihre Umwelt wahrzunehmen und situationsgerecht autonom zu handeln. Entsprechend leistungsfähige robotergestützte Multi-Aktor-Sensor-Strukturen gehören zu den bedeutenden, kaum gelösten technischen Herausforderungen, die bei kleinen Systemen durch die funktionalen, technologischen und integrativen Zwänge der Größenbegrenzung noch erheblich verstärkt werden. Erforderlich sind Sensoren mit den notwendigen Empfindlichkeiten, geeignete Aktoren, Hard- und Software zur Steuerung oder Regelung der Informationsverarbeitung sowie Strategien zur Montage und Systemintegration. Dies führt z. B. bei konventionellen starren Robotern zwangsläufig zu einer deutlichen Erhöhung der Komplexität von Hard- und Software und einer entsprechenden Verschlechterung der Energie- und Nachhaltigkeitsbilanz, da noch mehr informationsverarbeitende Elektronik, Sensoren und Aktoren benötigt werden. In diesem Projekt sollen vernetzte, verteilte HASEL-DET-DES-Aktor-Module entwickelt werden, die neuartige Methoden erfordern. Der klassische Prozess der Produktentwicklung und -optimierung über mehrere Zyklen von Design, Prototyping und messtechnischen Untersuchungen ist nicht mehr geeignet. Die leistungsfähige simulationsbasierte Entwurfsmethodik anhand eines virtuellen hierarischen Entwurfs soll daher hier herangezogen werden. Basiseinheiten, bestehend aus HASEL, DET oder DES, werden synergetisch zu Einzelaktormodulen kombiniert, die ihrerseits Submodule für die kooperative elastomere Multi-Aktuator-Plattform (CALMAR) darstellen, die verschiedenen Funktionalitäten wie kooperatives Verhalten, Multi-Level-Aktivierung, Multi-Stabilität und inhärentes Erfassen interner und externer Stimuli realisieren können. Der Einfluss der Parameter auf das Systemverhalten kann dann effizient simuliert werden, um das System für ein gewünschtes Verhalten zu optimieren. Eine ganzheitliche multivariable Regelstrategie bietet minimale Regeleingaben für ein wohldefiniertes Systemverhalten. Mit Hilfe einer zu entwickelnden modellbasierten Toolbox kann aus den verfügbaren HASEL-DES-DEA-Basiseinheiten und Grundfunktionen die optimale Konfiguration für die jeweilige Anwendung zusammengestellt werden. Abschließend wird die geplante kooperative Multi-Aktor-Plattform mittels additiver Fertigung realisiert und im Detail erforscht.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
