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Ingenieurwissenschaft

Künstliche Hand zeigt Feingefühl

Nach dem Vorbild der Natur haben Ingenieure der Saar-Uni eine künstliche Hand mit Muskeln aus Formgedächtnis-Draht ausgestattet, die anspannen und entspannen können. Die neue Technik macht wendige Roboterhände für die Industrie und neuartige Prothesen möglich. Ingenieurin Filomena Simone arbeitet mit am Prototyp.
Von Claudia Ehrlich • 17.11.2015

Die Hand ist das perfekte Werkzeug. Nach Jahrmillionen ist ihr „Design“ ausgereift. Sie ist außerordentlich beweglich und anpassungsfähig, das Zusammenspiel von Muskeln, Bändern, Sehnen, Knochen und Nerven ist vollkommen, was seit langem den Wunsch weckt, ein flexibles Werkzeug nach ihrem Vorbild zu schaffen. Das Forscherteam von Stefan Seelecke an der Saar-Uni und am Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik setzt hierzu ein neues Verfahren ein: Die Ingenieure geben der künstlichen Hand Muskeln aus feinen Drähten. „Diese Drähte aus der Legierung Nickel-Titan haben ein Formgedächtnis. Werden sie warm, etwa wenn Strom durch sie fließt, wandelt sich ihre Gitterstruktur um und sie ziehen sich wie Muskeln zusammen. Sie erinnern sich an ihre alte Form, nehmen diese wieder an, wenn sie verformt wurden“, erläutert Professor Seelecke.

Bisher brauchen künstliche Hände, etwa solche, die in Fertigungsstraßen im Einsatz sind, viel Technik im Hintergrund: Sie sind abhängig von weiteren Gerätschaften wie Elektromotoren oder Druckluft, sind schwer, recht unflexibel, zuweilen laut und auch teuer. „Werkzeuge mit künstlichen Muskeln kommen dagegen ohne weitere Apparaturen aus. Das macht sie leicht, flexibel und anpassungsfähig. Sie arbeiten geräuschlos, sind günstig herzustellen. Und diese Drähte können auf kleinem Raum kraftvolle Bewegungen ausführen“, erklärt Seelecke. Die künstliche Hand reagiert auch gefühlvoll, wenn jemand in ihre Bewegungsabläufe eingreift. Menschen können Hand in Hand mit ihr zusammenarbeiten.

Foto (Prof. Seelecke): Oliver Dietze

Werkzeuge mit künstlichen Muskeln sind leicht, flexibel und anpassungsfähig.

Professor Stefan Seelecke

Die Italienerin Filomena Simone entwickelt in ihrer Doktorarbeit den Prototyp der künstlichen Hand mit. Mehrere Drahtstränge verbinden seine Fingerglieder. An der Vorderseite beugen, an der Rückseite strecken sie die Finger. „Damit sie sich schnell und fließend bewegen, haben wir mehrere Drähte gebündelt, wie bei echten Muskelfasern. Durch die größere Oberfläche, die Wärme abgibt, kühlt das Bündel schnell ab und kann schnell kurz und wieder lang werden“, sagt die Ingenieurin. Nach ihrem Bachelor an der Universität Bari schrieb die Erasmus-Studentin ihre Masterarbeit in Mechatronik an der Saar-Uni und forscht jetzt bei Professor Seelecke. Die Arbeit an der Hand macht ihr viel Spaß. „Es ist ein großartiges Projekt“, sagt sie. Über eine Steuerung auf einem winzigen Halbleiterchip programmiert sie derzeit präzise Bewegungen der Finger. Der Prototyp soll die menschliche Hand immer genauer nachbilden und so dem Ziel – dem perfekten Werkzeug – immer näher kommen.
 

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