Korte stroompulsen zijn voldoende om razendsnel een krachtig vacuüm op te wekken en weer op te heffen. Een nieuwe zuignap, ontwikkeld aan de Universität des Saarlandes, laat robots voorwerpen veilig oppakken en vrijelijk door de ruimte bewegen. Dat gebeurt zonder perslucht, bespaart energie, is stil en geschikt voor clean rooms. Ze tonen de zuignap tijdens de Hannover Messe op de gemeenschappelijke stand van Saarland in hal 2.
De specialisten voor intelligente materiaalsystemen maken gebruik van kunstmatige spieren. Deze zijn vervaardigd uit bundels haarfijne draden uit geheugenmetaal die kunnen worden aangetrokken en ontspannen. De draden hebben een sensorfunctie en merken bijvoorbeeld wanneer de grijper moet worden ingesteld.
Vacuüm opwekken
Vacuümgrijpers worden veelvuldig toegepast in productielijnen voor voorwerpen met een vlak en glad oppervlak. Meestal gaat dat gepaard met het nodige geluid. Gangbare systemen werken op perslucht, wat (afhankelijk van het gewicht van het voorwerp) een dure en weinig flexibele techniek is, die bovendien veel energie vergt.
Dat geldt niet voor de nieuwe vacuümtechnologie van de Universität des Saarlandes en het Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik (Zema). De vacuümgrijper uit geheugenmateriaal heeft behalve de dragende robotarm geen apparatuur nodig om een krachtig vacuüm te genereren. Hij is niet afhankelijk van elektromotoren of perslucht, hij is licht, gemakkelijk aan te passen, goedkoop te produceren en werkt geruisloos.
Hij heeft alleen kleine elektrische stroompulsen nodig: eentje om het vacuüm op te werken, een om het weer op te heffen. Voor het vasthouden zelf, ook wanneer dit lang duurt, heeft hij geen stroom nodig, ook niet als hij het product scheef vasthoudt.
Geheugenmetaal
De methode berust op het geheugengedrag van de nikkeltitaniumlegering. Het materiaal herinnert zich zijn oorspronkelijke vorm en neemt die na vervorming weer aan. Gaat er een stroom door, dan wordt de draad warm en verandert de roosterstructuur zodanig dat de draad korter wordt. Zonder stroom koelt hij af en wordt weer langer. De haarfijne draden trekken als een spier samen, afhankelijk of er stroom loopt of niet. Ze hebben de hoogste energiedichtheid van alle bekende aandrijfmechanismen en kunnen in een kleine ruimte een hoge trekkracht ontwikkelen.
Voor de vacuümgrijper legden de onderzoekers bundels van deze draden als een ringspier rond een metalen plaatje, dat naar boven of onder bol kan gaan staan, net als een clicker. Een stroompuls verkort de kabels en laat de clickerplaat omklappen. Daarbij trekt hij aan een rubber membraan en genereert aldus een krachtig vacuüum wanneer de grijper op een vlak oppervlak ligt. Door de bundeling van de draadjes zijn snelle en krachtige bewegingen mogelijk.
Meerdere draden genereren door hun grotere oppervlak meer warmte en koelen sneller af. De bundel kan daardoor snel kort en weer lang worden, zodat ook een snel grijpen en loslaten mogelijk is. De grijper kan nu al enkele kilo’s veilig vastpakken. De draagkracht is schaalbaar zodat meer draden kunnen worden gebundeld tot grotere grijpers.
Grijper is tevens sensor
Of hij het opgepakte voorwerp goed vast heeft of niet, merkt de grijper zelf. Het materiaal van de draden heeft namelijk ook sensoreigenschappen. De draden leveren alle benodigde data. De meetwaarde van de elektrische weerstand kan direct worden gecorreleerd aan de respectievelijke deformatie van de draden. De besturing bepaalt aan de hand van deze meetdata op elk moment nauwkeurig de positie van de draden. Dat maakt het mogelijk dat de grijper zelf herkent wanneer het vacuüm niet krachtig genoeg is. Ook kan hij zelf een waarschuwing geven voor een foute functie of materiaalvermoeiing.
