Kompetenz: Bionisch Inspirierte Robotik

Eine wesentliche Säule der Biomechatronik ist die bionisch inspirierte Robotik. Darunter ist allgemein nicht das einfache Kopieren biologischer Bewegungssysteme zu verstehen, vielmehr geht es einerseits um das Übertragen von Eigenschaften der biologischen Systeme auf einen Roboter und andererseits um eine Entwicklung von Robotersystemen unter biologischen Gesichtspunkten, so dass diese wieder am biologischen Objekt zum Einsatz kommen. Dies spielt insbesondere in der Prothetik ein große Rolle.
Grundlage für die bionisch inspirierte Robotik sind Ergebnisse der Forschung in verschiedenen Gebieten der Biologie. Erkenntnisse in der Zoologie über die Morphologie (Lehre über die Gestalt und Form von Organismen) oder die Lokomotion (Fortbewegung) von Tieren können als Ausgangspunkt für die Entwicklung von Robotern dienen, welche sich auf verschiedene Art fortbewegen. Damit sind nicht nur die pedale Lokomotionsformen (Bewegung mit Beinen), wie das Gehen oder Laufen gemeint, sondern auch apedale Fortbewegung, wie z.B. Kriechen. Weitere Lokomotionsformen sind z.B. das Schwimmen (maritim) und Fliegen (aviatisch).

Erkenntnisse in der Neurobiologie führen zu alternativen Konzepten in der Datenerfassung, -verarbeitung und –speicherung. Heutige Laufmaschinen besitzen z.B. zumeist schon eine dezentrale und hierarchische Struktur zur Verarbeitung der Sensordaten zur Erfassung der Umwelt, zur Entscheidungsfindung und zur Bewegungserzeugung, angelehnt an Strukturen des Nervensystems von Tieren.
Inspiration für die Konstruktion kommen aus vielen Bereichen der Biologie. Erkenntnisse über die Physiologie von Tieren und Pflanzen nehmen in die Werkstoffwissenschaften Einfluss. Dies führt z.B. zu einem erhöhten Einsatz von Gradientenwerkstoffen oder Sandwichstrukturen, welche spezielle Eigenschaften besitzen, die auch der bionisch inspirierten Robotik zu Gute kommen. Die Erkenntnisse aus Untersuchungen der Struktur von Knochen und Pflanzen können in der Konstruktion von Leichtbaustrukturen angewandt werden.

Ein weiteres Gebiet, welches auch in der bionisch inspirierten Robotik interessant ist, stellt die Entwicklung von Linearbewegung erzeugenden, künstlichen Muskeln dar. Der Focus richtet sich momentan auf den Einsatz von Shape-Memory-Aktoren, des McKibben-Muskels oder von Polymeraktoren.
Ein weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung von intelligenten Mechaniken „smart mechanics“, die einen reduzierten sensorischen und regelungstechnischen Aufwand versprechen. Hier fließen z.B. Kenntnisse über die Selbststabilisierung der Mechanik von natürlichen Objekten ein.

Viele Ideen der biologisch inspirierten Robotik lassen sich nur mit Hilfe der Mikrosystemtechnik verwirklichen, welche einen hohen funktionellen und physischen Integrationsgrad ermöglicht. Auch funktionelle, mikrostrukturierte Oberflächen können für die Robotik interessant sein. Des Weiteren können bestimmte Entwicklungen der bionisch inspirierten Robotik in das Biomedical Engineering z.B. im Bereich der Prothetik, übertragen werden. Eine strikte Trennung der Teilgebiete ist somit nicht möglich. Die bionisch inspirierte Robotik ist momentan Gegenstand der intensiven internationalen Forschung und birgt nicht zu letzt deswegen eine großes Entwicklungspotential.