Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie FKIE
Die weiche (R)Evolution der Maschinen
Was sind Soft Robots und wie funktionieren sie?
Die Forschung zu Soft Robots hat sich in den vergangenen Jahren dynamisch entwickelt. Soft Robots bestehen teilweise oder vollständig aus nachgiebigen Materialien und orientieren sich in ihrem Aufbau und ihrer Bewegungsweise an biologischen Vorbildern. Im Gegensatz zu klassischen Industrierobotern ermöglichen sie eine sichere Interaktion mit Menschen und können sich flexibel an ihre Umgebung anpassen. Während anfangs vor allem die Nachgiebigkeit im Fokus stand, verfolgt die Forschung heute zunehmend adaptive Systeme, die ihre Steifigkeit je nach Aufgabe gezielt verändern können und so Sicherheit mit hoher Funktionalität verbinden.
Welche Anwendungen bieten Soft Robots?
Soft Robots eröffnen dadurch neue Einsatzmöglichkeiten überall dort, wo herkömmliche Roboter an ihre Grenzen stoßen. Potenzielle Anwendungen reichen von Such- und Rettungseinsätzen in schwer zugänglichem Gelände über Assistenzsysteme in Pflege und Rehabilitation bis hin zur schonenden Handhabung empfindlicher Produkte in der Industrie. Auch in der Wartung technischer Anlagen, etwa in Rohrleitungen, Tunnelsystemen oder der Raumfahrt, bieten ihre Flexibilität und Anpassungsfähigkeit erhebliche Vorteile.
Embodied Intelligence als neuer Entwicklungsansatz
Ein wichtiger Entwicklungstrend ist das Konzept der Embodied Intelligence. Dabei entsteht ein Teil der »Intelligenz« nicht allein durch Software oder künstliche Intelligenz, sondern durch die Materialeigenschaften, die Form und die physikalische Interaktion des Roboters mit seiner Umgebung. Dadurch können Soft Robots viele Aufgaben mit vergleichsweise einfacher Steuerung zuverlässig ausführen und gleichzeitig robuster gegenüber unvorhersehbaren Situationen werden.
Nachhaltige Materialien und transiente Soft Robots
Parallel dazu gewinnt das Thema Nachhaltigkeit an Bedeutung. In der Forschung entstehen sogenannte transiente Soft Robots, die nach ihrem Einsatz kontrolliert zerfallen können. Speziell entwickelte Materialien bauen sich beispielsweise durch Temperatur, chemische Reaktionen oder biologische Prozesse in umweltverträgliche Bestandteile ab. Solche Konzepte könnten künftig beispielsweise in der Umweltüberwachung eingesetzt werden, etwa zur Detektion von Schadstoffen in Gewässern, ohne langfristig als technischer Abfall zurückzubleiben.
Hybride Robotersysteme für industrielle Anwendungen
Für industrielle Anwendungen stehen insbesondere hybride Systeme im Fokus, die weiche und starre Komponenten kombinieren. Diese verbinden die Sicherheit weicher Materialien mit der Präzision und Belastbarkeit klassischer Robotik. Bereits heute finden nachgiebige Greifsysteme erste marktreife Anwendungen, beispielsweise in der Lebensmittelindustrie, wo empfindliche Produkte automatisiert gehandhabt werden müssen.
Welche Technologien treiben die Entwicklung voran?
Die aktuelle Forschung konzentriert sich auf die Integration von Sensorik, Aktorik, Steuerung, Energieversorgung und Kommunikation in weiche Strukturen. Neben Smart Materials wie Formgedächtniswerkstoffen oder dielektrischen Elastomeren gewinnen neue Aktorprinzipien, variable Steifigkeit und integrierte Soft Sensorik zunehmend an Bedeutung. So entstehen beispielsweise dehnbare »Roboterhäute«, die Berührung, Druck oder Dehnung erfassen können. Ergänzt wird diese Entwicklung durch datengetriebene Methoden und Deep-Learning-Ansätze, die Konstruktion, Steuerung und Anpassungsfähigkeit der Systeme weiter verbessern.
Welche Herausforderungen bestehen auf dem Weg zur Marktreife?
Trotz erheblicher Fortschritte bestehen weiterhin Herausforderungen. Die zuverlässige Integration aller Systemkomponenten, eine ausreichende Leistungsfähigkeit der Aktoren, die Energieversorgung sowie eine wirtschaftliche und skalierbare Fertigung stellen zentrale Entwicklungsfelder dar. Zwar ist der Durchbruch im Massenmarkt bislang ausgeblieben, doch in klar abgegrenzten industriellen Anwendungen entstehen zunehmend wirtschaftlich tragfähige Lösungen.
Marktpotenzial und Chancen für Unternehmen
Soft Robots entwickeln sich damit von experimentellen Demonstratoren zu einer vielversprechenden Schlüsseltechnologie für die nächste Generation adaptiver Robotik. Für Unternehmen aus Robotik, Automatisierung, Medizintechnik und Materialwissenschaft ergeben sich neue Möglichkeiten für sichere Mensch-Roboter-Kollaboration, flexible Produktionssysteme und innovative Assistenzlösungen. Der frühzeitige Aufbau von Kompetenzen in intelligenten Materialien, Soft Sensorik und hybriden Robotersystemen kann entscheidende Wettbewerbsvorteile schaffen.
Ein kurzes Factsheet zur Technologie steht zum Download bereit. Zusätzlich können Beratungsangebote genutzt werden, um weitere Technologien zu identifizieren, zu verstehen und zu integrieren. Weitere Informationen sind hier oder per E-Mail erhältlich.
