Een korte elektrische puls is voldoende om in een oogwenk een krachtig vacuüm op te wekken en vrij te geven. Met de nieuwe vacuümgrijper die is ontwikkeld door het onderzoeksteam onder leiding van professor Stefan Seeecke van de Universiteit van Saarland, kunnen robotarmen objecten oppakken en vrij in de ruimte bewegen. Het systeem werkt zonder dat perslucht nodig is om het vacuüm te genereren, het is energiezuinig, stil en geschikt voor gebruik in cleanrooms. De specialisten voor intelligente materiaalsystemen maken gebruik van kunstmatige spieren, Dit zijn bundels ultrafijne draden met vormgeheugen die net als echte spiervezels kunnen spannen en ontspannen. De draden fungeren ook als sensoren en kunnen detecteren, bijvoorbeeld, wanneer de grijper zijn greep moet bijstellen of aanscherpen.

Vacuümgrijpers worden veel gebruikt in industriële productielijnen, waar ze worden gebruikt om te sorteren, gladde en relatief vlakke voorwerpen transporteren en vasthouden zodat schroeven kunnen worden ingedraaid, oppervlakken geverfd of onderdelen gemonteerd. Het gebruik van vacuümgrijpers is typisch een luidruchtige aangelegenheid. De meest voorkomende systemen gebruiken perslucht, waardoor ze niet alleen luid zijn, maar betekent ook dat ze zware hulpapparatuur nodig hebben, wat de kosten opdrijft en het hele systeem enigszins inflexibel maakt. Ze verbruiken ook aanzienlijke hoeveelheden energie.

De situatie is heel anders in het geval van de nieuwe vacuümtechnologie die is ontwikkeld door professor Stefan Seelecke van de Universiteit van Saarland en het Centrum voor Mechatronica en Automatiseringstechnologie in Saarbrücken (ZeMA). De vacuümgrijper met vormgeheugen kan een krachtig vacuüm produceren met niets meer dan een robotarm om hem in positie te leiden. Het vereist geen extra elektrisch of pneumatisch aandrijfsysteem, het is licht, aanpasbaar, kosteneffectief te produceren, en geruisloos. Het vereist slechts kleine pulsen van elektrische stroom, één puls om het vacuüm op te wekken en één om het op te heffen. Er is geen extra elektrische stroom nodig terwijl de grijper een object vasthoudt, ook als het voorwerp lang vastgehouden moet worden of als het schuin gehouden moet worden.

De technologie is gebaseerd op de vormgeheugeneigenschappen van een nikkel-titaniumlegering. "Vormgeheugen verwijst naar het feit dat een materiaal in staat is om van vorm te veranderen en terug te keren naar zijn oorspronkelijke vorm nadat het is vervormd. Als er elektrische stroom door een draad van deze legering vloeit, de draad wordt warmer en zijn roosterstructuur verandert zodanig dat de draad korter wordt. Als de stroom stopt, de draad koelt af en wordt weer langer, " zegt Stefan Seelecke, uitleg van de belangrijkste onderliggende materiële faseovergangen. De ultrafijne draden trekken daarom samen en ontspannen als spiervezels, afhankelijk van of er een elektrische stroom vloeit of niet. "Deze draden met vormgeheugen hebben de hoogste energiedichtheid van alle bekende aandrijfmechanismen, waardoor ze krachtige bewegingen kunnen uitvoeren in beperkte ruimtes, ", legt Selecke uit.

Om een ​​vacuümgrijper te bouwen, de onderzoekers rangschikten bundels van deze vezels op dezelfde manier als een cirkelvormige spier rond een dunne metalen schijf die omhoog of omlaag kan klappen, als een kikker-klikspeeltje. Het toepassen van een elektrische puls zorgt ervoor dat de draden samentrekken en de schijf van positie verandert. De schijf is bevestigd aan een rubberen membraan op een plat, glad oppervlak. Wanneer de schijf van positie verandert, het trekt aan het membraan, het creëren van een sterke, stabiel vacuüm. Door de draden samen te bundelen, de resulterende beweging is krachtig en snel.

"Meerdere ultradunne draden zorgen voor een groot oppervlak waardoor ze warmte kunnen overbrengen, waardoor ze zeer snel kunnen afkoelen. Als resultaat, de bundel vezels kan snel korter en langer worden, waardoor de grijper een object zeer snel kan grijpen of loslaten, ", legt onderzoeksassistent Susanne-Marie Kirsch uit. Kirsch en haar collega Felix Welsch ontwikkelen en optimaliseren de vacuümgrijpertechnologie als onderdeel van hun promotieonderzoek. "Momenteel ontwikkelen en optimaliseren de grijper kan voorwerpen van meerdere kilogrammen veilig vasthouden. Het hefvermogen van de grijper is schaalbaar, met dienovereenkomstig meer draden die worden gebruikt in grote grijpers, ", legt Felix Welsch uit.

En omdat het materiaal waarvan de draden zijn gemaakt sensorische eigenschappen heeft, de vacuümgrijper is zelf op de hoogte als het object niet stevig wordt vastgehouden. "De draden geven alle benodigde informatie. De elektrische weerstandsgegevens correleren precies met de mate van vervorming van de draden. Door de meetgegevens te interpreteren, de controllereenheid weet daarom op elk moment de exacte positie van de draden, ", zegt professor Seelecte. De grijper heeft dus een autonoom middel om te bepalen of zijn vacuüm stabiel genoeg is voor de huidige taak. Hij kan ook waarschuwen bij een storing of materiaalmoeheid.