„Einfach erstaunlich“ Machinenbau-Student Mart und ein bionischer Greifer

„Einfach erstaunlich!“

„Mit wenigen Mitteln viel erreichen“, das hat Mart schon von klein auf imponiert. Er ist in Peru aufgewachsen und hat dort gesehen, wie arme Menschen mithilfe der Natur, viel Geschick und Improvisation ihr Leben meisterten. Jetzt studiert er Maschinenbau und Biorobotics und tüftelt mit anderen Wissenschaftler*innen an erstaunlichen technischen Innovationen nach dem Vorbild der Natur. Verblüfft hat sie, was ein Chamäleon alles kann; und das mit ganz einfachen und doch genialen Mitteln.



Jetzt gibt’s was auf die Nuss


„Es ist alles so spannend!“
Ausbildung – Ab hier beginnt der Abschnitt Ausbildung

Jedes Jahr eine Sensation

Im Bionic Learning Network geht es ordentlich zur Sache: jedes Jahr eine Sensation aus der Welt der Bionik. Mit weniger geben sich die jungen Wissenschaftler*innen nicht zufrieden. „Das hohe Innovationstempo können wir halten, weil in unserem Bionic-Learning-Network-Team viele unterschiedliche Experten ganz eng und hoch motiviert zusammenarbeiten: Designer, Maschinenbauer, Biologen, Informatiker, Mechatroniker. Wir lernen jeden Tag voneinander und probieren praktisch aus, wie wir die Vorbilder der Natur spannend in Robotik umsetzen können.“


 

Maschinenbauer*in

Das Maschinenbaustudium ist eine anspruchsvolle ingenieurwissenschaftliche Ausbildung mit engem Bezug zur Automobil- und Maschinenbauindustrie. Maschinenbau zählt zu den wenigen Fächern in Deutschland, die teilweise noch mit einem Diplom abschließen. Je nach Abschluss und Universität dauert das Studium zwischen sieben und zehn Semestern. Wer eine Karriere in der internationalen Wirtschaft anstrebt, sollte bereits im Studium Auslandserfahrung sammeln.
An Universitäten ist das Abitur oder die fachgebundene Hochschulreife erforderlich. An Fachhochschulen kann man auch mit der Fachhochschulreife Maschinenbau studieren. Außerdem stellen die Fachhochschulen auch Studienplätze für beruflich Qualifizierte ohne Abitur bereit, sofern sie eine technische Ausbildung und mehrjährige Berufspraxis mitbringen. Auch ein Meistertitel in diesem Bereich gilt als Zugangsberechtigung zum Maschinenbaustudium.

Maschinenbauabsolvent*innen sind gefragte Fachkräfte. Bereits beim Berufseinstieg verdienen Maschinenbauingenieur*innen rund 3.400 Euro brutto im Monat. Mit Berufserfahrung liegt der Verdienst durchschnittlich bei 4.000 Euro. Je nach Position und Verantwortungsbereich kann das Gehalt aber noch deutlich höher ausfallen. Absolvent*innen von Technischen Universitäten haben oft noch einen Gehaltsvorsprung. Auch ein Masterabschluss wirkt sich gegenüber einem Bachelor positiv auf dem Gehaltszettel aus.
Ökonomische, soziale und ökologische Nachhaltigkeit gehören laut einer Umfrage der Unternehmensberatung PwC für mehr als die Hälfte der Maschinen- und Anlagenbauer*innen zur Unternehmenstradition. Meist konzentrieren sie sich dabei auf Arbeits- und Umweltaspekte. Besonders wichtig sind ihnen die Arbeitssicherheit, Mitarbeiterbindung sowie der Umweltschutz im Unternehmen. Maschinen- und Anlagenbauer*innen finden häufig über Energiekosten oder die Gestaltung von Abläufen und Prozessen einen Zugang zum Greening. Hier haben Maschinenbauer*innen ein entscheidendes Wörtchen mitzureden.


Verschmutzte Platte mit bionischem Anstrick. Schon ein Tropen Wasser entfernt allen Schmutz

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Greening – Ab hier beginnt der Abschnitt Greening

Weniger hält mehr

Das Chamäleon macht’s vor, Mart denkt weiter: Das formschlüssige Umgreifen eines Gegenstandes löst der FlexShapeGripper mit Druckluft und einer eingebauten Feder. Hat der Greifer die Nuss oder die Schraube einmal im Griff, ist keine weitere Energie notwendig, um sie festzuhalten. Im großindustriellen Maßstab kann diese Energieeinsparung dann richtig umweltfreundlich sein.


Eigentlich wollte ich was mit Biologie machen


„Unsere ‚Babys‘ auf der Messe zu präsentieren, ist immer sehr aufregend. Bis zuletzt wird oft noch geschraubt und gelötet. Funktioniert’s oder nicht? Wie reagieren die Besucher? Das ist Adrenalin pur.“


„Maschinenbau ist ein sehr breit aufgestelltes Studium, das kommt meinen Interessen sehr entgegen“, sagt Mart. „Thermodynamik, Mechanik, E-Technik und auch noch Biorobotik zusammenzubringen, finde ich unglaublich spannend.“ Besonders gefällt Mart, an der Schnittstelle zwischen Hardware und Software zu arbeiten und dabei viele unterschiedliche Aspekte in überraschenden Produkten zu vereinen. „Umso besser, wenn diese dann auch noch dazu dienen, unsere Umwelt- und Arbeitsumgebungen ein Stück grüner zu machen.“


 
Einer für alle – schon in diesem bionischen Ansatz steckt viel Greening. Weil der universelle FlexShapeGripper unterschiedlichste Produkte und Bauteile zu greifen vermag, kann er Produktionsanlagen deutlich flexibler machen. Die Greifwerkzeuge müssen nicht mehr gewechselt werden. Eine Anlage kann so viele Aufgaben gleichzeitig erfüllen. Das spart Material- und Energiekosten. Im großen Stil wirkt sich dies in der industriellen Fertigung aus.

„Greening“ in Jobs ist immer möglich. Es kommt nur darauf an, die richtigen Fragen zu stellen. Das fängt schon bei Kleinigkeiten an. Muss das Licht auf der Toilette wirklich brennen, auch wenn keiner drin ist?

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Bionik – Ab hier beginnt der Abschnitt Bionik

Anstoß für das Chamäleon-Projekt war ein Workshop zum Thema Bionik an der Hochschule Oslo und Akershus, wo Festo seine aktuellen Forschungsansätze aus dem Bionic Learning Network präsentierte. Zwei der Studierenden ließen sich erst von dem Vortrag und dann von der Natur inspirieren: Im Rahmen ihrer Masterarbeit präsentierten sie daraufhin das bionische Greifprinzip nach dem Vorbild der Chamäleonzunge. Gemeinsam mit den Ingenieur*innen von Festo wurde daraus später der FlexShapeGripper.

 
Gleich was bauen

„Bionik muss immer Grenzen überschreiten, Natur- und Technikwissenschaften zusammenführen und die passenden Schnittstellen zur Wirtschaft gestalten.
Dazu ist eine offene Kommunikation unverzichtbar.“

Doppelt hält besser

Mart stellt das Geheimnis des Chamäleon-Greifers vor: „Er besteht aus einem doppeltwirkenden Zylinder, dessen eine Kammer mit Druckluft befüllt wird, während die zweite dauerhaft mit Wasser gefüllt ist. An dieser zweiten Kammer ist das elastische Silikonformteil montiert, das der Zunge des Chamäleons entspricht. Die Silikonkappe stülpt sich wie die Leguanzunge über jedes beliebig geformte Greifobjekt, wodurch ein fester Formschluss entsteht.“ Mit einem speziellen Ventil lassen sich dabei die Kraft und die Verformung des Silikonteiles sehr genau einstellen. Auf diese Weise können in einem Vorgang mehrere Teile gleichzeitig gegriffen werden.



Im Think Tank


  • Mart zeigt einem Kollegen, wie der FlexShapeGripper, der das Greifprinzip der Chamäleon-Zunge nutzt, funktioiert

    Revolutionäre Greifwerkzeuge wie der FlexShapeGripper, der das Greifprinzip der Chamäleonzunge nutzt, entstehen in Teamarbeit. Mart stimmt sich eng mit dem Industriedesigner Sebastian (links) ab.

  • Ein FlexShapeGripper (Greifer) versucht eine Walnuß zu greifen

    Wie sich die Zunge des Chamäleons dem Beutetier anpasst, so umschließt der bionische Greifer formschlüssig unterschiedlichste Objekte. Er kann Nüsse aller Art genauso greifen wie Schrauben und Muttern.

  • Maschinenbauer Mart und Industriedesigner Sebastian stimmen sich an Marts Arbeitsplatz ab

    Einer kann nie alles wissen – das ist in der Bionik selbstverständlich. Deswegen kommt es darauf an, dass sich Fachleute unterschiedlichster Ausrichtungen immer wieder austauschen.

  • Die CAD-Konsturktionszeichnung des FlexShapeGripper wird mit einem Beamer an die Wand geworfen

    Neue Technik entsteht erst in den Köpfen, dann in den unterschiedlichen CAD-Konstruktionsprogrammen. Der Vorteil: In der 3-D-Darstellung lässt sich schon sehr früh die spätere Form erkennen.

  • Blick in das Bionik Learning Network von Festo. Hier finden Mart und seine Kollegen atemberaubende Lösungen aus der Natur

    Im Bionic Learning Network von Festo kommen junge Wissenschaftler*innen zusammen, um atemberaubende Lösungen aus der Natur zu finden. Ihr Ziel: bessere, schnellere und effizientere Maschinen und Prozesse, die dem Menschen und seiner Umgebung nutzen.

FlexShapeGripper – der Chamäleon-Greifer

Ein Chamäleon im Sand fängt mit seiner Zunge einen schwarzen Käfer

Chamäleons sind faszinierende Tiere. Sie können ihre Augen unabhängig voneinander bewegen und wechseln je nach Stimmung und Temperatur ihre Farbe. Eine weitere Besonderheit ist ihre Jagdstrategie. Mit ihrem einzigartigen Zungenschuss können sie blitzschnell zuschnappen und ihre Beute sicher heranholen.

Bei der Jagd stülpt das Chamäleon seine Zunge über das jeweilige Beutetier und umschließt es sicher. Der FlexShapeGripper nutzt dieses Prinzip, um unterschiedlichste Objekte ebenso formschlüssig zu greifen. Mit seiner elastischen Silikonkappe kann er sogar mehrere Gegenstände in einem Greifvorgang aufnehmen und gesammelt ablegen.
Für den FlexShapeGripper kommen unterschiedlichste Einsatzbereiche infrage: nämlich überall dort, wo mehrere Gegenstände mit unterschiedlichen Formen gleichzeitig gehandhabt werden – beispielsweise bei Montageaufgaben oder beim Handling und Sortieren von Kleinteilen. Auch in der Servicerobotik können sie wertvolle Dienste leisten. Beim Greifen von Löffeln, Gläsern oder Tassen macht die Technik keinen Unterschied. Der Greifer erweist sich auch in solch kniffligen Aufgaben als echter Alleskönner.