Ameisen als Vorbild
Kooperative Miniroboter
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Komplexe Regelalgorithmen für kooperatives Verhalten
Mit zwei Akkus an Bord können die Ameisen vierzig Minuten lang arbeiten, bevor sie über ihre Fühler den Kontakt zur Ladestation aufnehmen müssen. Allen Aktionen liegt ein verteiltes Regelwerk zugrunde, das vorab über eine mathematische Modellbildung und Simulationen erarbeitet wurde und auf jeder Ameise hinterlegt ist.
Die Regelungsstrategie sieht ein Multiagentensystem vor, bei dem die Teilnehmer nicht hierarchisch geordnet sind. Vielmehr beteiligen sich durch die verteilte Intelligenz alle BionicANTs gemeinsam am Lösungsprozess. Der dazu nötige Informationsaustausch zwischen den Ameisen findet über das Funkmodul im Rumpf statt.
Kamerasystem und Bodensensor im Zusammenspiel
Die 3D-Stereokamera im Kopf dient den Ameisen zur Erkennung des Greifobjekts und zur Selbstlokalisierung. Mit ihrer Hilfe kann sich jede Ameise anhand der Landmarken in ihrer Umgebung referenzieren. Der optische Sensor am Bauch erkennt an der Bodenstruktur, wie sich die Ameise relativ zum Untergrund bewegt. Mit beiden Systemen in Kombination kennt jede Ameise ihre Position, selbst wenn ihre Sicht temporär beeinträchtigt ist.
Einsatz neuer Fertigungstechnologien
Konventionelle Sinterverfahren werden in der Regel bei hohen Temperaturen und relativ langen Haltezeiten durchgeführt. Im Gegensatz dazu steht bei der Laserbearbeitung nur eine kurze Einwirkzeit zur Verfügung, was völlig andere Prozesse erfordert. Mitunter entspricht das Lasersintern prozesstechnisch dann eher dem Löten oder Schweißen. Durch die gute Fokussierbarkeit der Laserstrahlstrahlung ist es möglich, den Lasersinterprozess selektiv auf kleine Flächen zu beschränken. Mit einer Ablenkung des Laserstrahles durch Scanner werden vordefinierte Bereiche sehr präzise und schnell bearbeitet.
In Verbindung mit einer ständigen Wiederholung des Prozesses in dünnen übereinanderliegenden Schichten kommt man zu einem Schichtbauverfahren: dem selektiven Lasersintern (SLS). Die dünnen Schichten werden durch eine Rakel – eine Art Spatel – erzeugt. Die Generierung der Schichtdaten erfolgt in der Regel aus 3D-Oberflächendaten (z.B. im STL-Format; Surface Tessellation Language) durch Slicen in vordefinierten Schichtdicken. Die Steuerung des Laserstrahles und des Pulveraufzuges geschieht per Software, sodass sich dreidimensionale Teile mit Hinterschneidungen relativ einfach erzeugen lassen.
Auch die Körper der BionicANTs bestehen aus Polyamidpulver, das schichtweise mit einem Laser verschmolzen wurde. Festo jedoch verknüpft gesinterte Bauteile nun zusätzlich mit dem 3D-MID-Verfahren, bei dem elektronische Baugruppen im dreidimensionalen Raum durch ebenfalls räumlich angebrachte Leiterbahnen verschaltet werden. Die Bauteile wie auch die Verdrahtungsebene werden hierbei sichtbar auf der Oberfläche von Formteilen angebracht und dienen als Schaltungsträger für elektronische und mechatronische Baugruppen. Bekannte Einsatzgebiete für die MID-Technik sind der Automobilbau, die Medizin- und Telekommunikationstechnik sowie die Luft- und Raumfahrt.
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