Vallankumouksellinen robotiikka: vähennä energiankulutusta 90 %!

Vallankumouksellinen robotiikka: vähennä energiankulutusta 90 %!

Hannover Messe on 31. maaliskuuta - 4. huhtikuuta 2025 innovatiivisten robottitekniikoiden paikka, jonka esittelevät professorit Stefan Seelecke ja Paul Motzki Saarlandin yliopisto. Hallissa 2, Saarland-osastolla B10, he esittelevät uraauurtavansa Muotomuistitekniikka ennen. Tämä tekniikka lupaa vähentää dramaattisesti energiankulutusta teollisuudessa - jopa 90 % verrattuna nykyisiin järjestelmiin.

Energia on yksi teollisuuden suurimmista kustannustekijöistä. Korkea kulutus ei vaikuta merkittävästi vain käyttökustannuksiin, vaan myös ilmastoon. Uusi muotomuistimateriaaleihin perustuva käyttötekniikka on ratkaisu tähän haasteeseen. Robottivarret kuluttavat energiaa tyypillisesti jatkuvasti, ja monet nykyiset tartuntajärjestelmät ovat pneumaattisia, mikä aiheuttaa lisämelua. Aiemmat tekniikat kohtaavat miniatyrisoinnissa ja uudelleenohjelmoinnissa rajoituksia, jotka on voitettava.

Muotomuistitekniikan edut

Messuilla esitettävien uusien robottitartuntajärjestelmien kehityksessä käytetään SMA-seoksia (specific shape memory alloys). Nämä materiaalit pystyvät muistamaan alkuperäisen muotonsa, mikä on tärkeää kevyiden ja joustavien robottitarttujan valmistuksessa. Paikalla esitellään tyhjiötarttuja- ja pihditarttujan prototyyppejä. Nämä tartuntajärjestelmät pystyvät käsittelemään työkappaleita energiatehokkaasti, jopa energiattomasti.

Innovatiivinen lähestymistapa perustuu täysin sähköisiin tartuntajärjestelmiin, joissa käytetään nikkeli-titaanilankoja, jotka toimivat keinolihaksina. Nikkeli-titaanissa on kaksi erilaista kidehilarakennetta, jotka muuttuvat, kun virtapulssia käytetään. Tämä mahdollistaa vaikuttavia liikkeitä. Vain 500 mikrometrin halkaisijaltaan oleva lanka voi vetää yli 10 kiloa ja johtaa maailmanennätykseen: 20 halkaisijaltaan 25 mikrometrin lankaa saavuttavat 5 newtonin vetovoiman 200 hertsillä.

Mukautuvat tartuntajärjestelmät

Insinöörit ovat kehittäneet elastisia tartuntajärjestelmiä, jotka voivat mukautua erilaisiin työkappaleisiin. Etuna on, että tarttujat eivät vaadi ylimääräisiä antureita; johdot tarjoavat automaattisesti asiaankuuluvat tiedot. Pihtitarttujan prototyypin tartuntavoima on 4 Newtonia ja se on skaalautuva sekä koon että voiman suhteen. Lisäksi tyhjiötarrain luo kestävän tyhjiön vain lyhyillä virtapulsseilla.

Tutkimusryhmä etsii kumppaneita Hannover Messestä kehittämään tätä teknologiaa edelleen. Muotomuistitekniikkaa käytetään monilla aloilla, mukaan lukien lääketieteellinen teknologia, autoteollisuus ja ilmailu. FGL:ille on tunnusomaista niiden kyky mahdollistaa 8-10 % palautuvia laajennuksia. Nikkeli-titaaniseosten erityisominaisuus on, että niillä on kaksi kiderakennetta: martensiitti matalan lämpötilan faasissa ja austeniitti korkean lämpötilan faasissa.

Tulevaisuuden näkymät ja haasteet

Tutkijat näkevät suuren tulevaisuuden muotomuistitekniikalla, erityisesti automaatiotekniikassa ja kevyissä ja tehokkaissa komponenteissa. Kevyempien materiaalien tarve vaikuttaa myös mekatroniikkaan, jossa muotomuistiteknologialla on ratkaiseva rooli. Ruhrin yliopistossa Bochumissa tutkitaan näiden metalliseosten uusia muotoja, joita voidaan käyttää toimilaitteiden lisäksi myös lääketieteellisessä teknologiassa, kuten verisuoniproteesit tai tekosydänläppäimet.

Vaikka hintaennusteet viittaavat siihen, että muotomuistiteknologia voisi tulla kustannustehokkaammaksi, insinöörit kohtaavat joitain haasteita. Nikkeli-titaaniseosten käytön lämpötila-alueen laajentaminen ja kokemattomuus SMA:n käsittelyssä johtavat esteisiin, jotka on voitettava. Tästä huolimatta näiden innovatiivisten materiaalien kysyntä on edelleen korkea, mikä lupaa jännittäviä mahdollisuuksia tulevaisuutta varten.