Mit leistungsstarken Motoren, kompakten Getrieben und fein auflösender Sensorik schafft FAULHABER die technologische Basis für hochentwickelte robotische und prothetische Hände. Doch wie lässt sich eine künstliche Hand entwickeln, die sich nicht wie ein Fremdkörper anfühlt, sondern sich natürlich in den Alltag integriert? Welche Anforderungen müssen erfüllt, welche Herausforderungen überwunden und welches Wissen angewendet werden, um ein funktionales, intuitives und menschenzentriertes Produkt zu schaffen?
Tiziano Bordonzotti ist Area Sales Manager bei FAULHABER und seit über 20 Jahren im Bereich Global Sales tätig. Mit seiner Expertise in der Antriebstechnik und im technischen Support, hat er zahlreiche Projekte begleitet und fachkundig unterstützt. Im Interview beleuchtet er zentrale Aspekte zu Anforderungen bei der Entwicklung robotischer Hände.
Welche Anforderungen müssen Antriebssysteme wie Motoren und Getriebe erfüllen, um in robotischen Händen zuverlässig und präzise zu funktionieren?
Es gibt eine ganze Reihe Anforderungen für robotische Hände, da sie auf engstem Bauraum sehr präzise, dynamische und gleichzeitig zuverlässige Bewegungen ermöglichen sollen. Eine der wichtigsten Eigenschaften ist sicherlich eine hohe Drehmomentdichte. Motoren und Getriebe müssen ausreichend Kraft liefern, ohne dabei schwer oder voluminös zu sein. Damit eng verbunden sind Präzision und geringes Spiel, denn schon kleinste Ungenauigkeiten wirken sich direkt auf die Greifqualität, Wiederholgenauigkeit und Feinmotorik der Hand aus. Ebenso entscheidend sind ein hoher Wirkungsgrad und eine geringe Wärmeentwicklung. Da die Antriebe in der Regel dicht gepackt sind und kontinuierlich arbeiten, darf sich kaum Abwärme aufbauen. Das schützt nicht nur die Komponenten, sondern verbessert auch den Wirkungsgrad und die Batterielaufzeit.
Für den dauerhaften Einsatz müssen Antriebssysteme zudem langlebig und verschleißfest sein. Robotische Hände sind oft tausenden Greifzyklen pro Tag ausgesetzt, teilweise unter wechselnden Lasten. Entsprechend wichtig ist eine robuste Auslegung, die auch bei variablen Belastungen zuverlässig funktioniert. Bei motorisierten Handprothesen zeichnet sich ein klarer Trend hin zu Lösungen mit Schutzart IP ab. Dies setzt voraus, dass die Hand hermetisch abgedichtet ist und auch bei Kontakt mit Schmutz, Wasser und ähnlichen Umwelteinflüssen zuverlässig funktioniert.
Ein weiterer zentraler Punkt ist die geringe Geräuschentwicklung. Ein ruhiger Lauf trägt wesentlich zu einem natürlichen Bewegungsgefühl bei. Darüber hinaus sind eine schnelle Reaktion und hohe Regelbandbreite erforderlich, um feinfühlige und dynamische Bewegungen umzusetzen. Nur so lassen sich schnelle Anpassungen an unterschiedliche Objekte und Situationen realisieren. Nicht zuletzt spielen Baugröße und Gewicht eine entscheidende Rolle. Die Antriebe müssen extrem kompakt und leicht sein. Moderne Antriebssysteme müssen zudem eine nahtlose Integration von Sensorik ermöglichen, beispielsweise für Positions-, Kraft- oder Drehmomentrückmeldung. Erst dieses Zusammenspiel aus Antrieb, Getriebe und Sensorik erlaubt präzise Regelung und hohe Funktionalität.
Zusammengefasst sind es genau diese Eigenschaften – Präzision, Effizienz, Dynamik und Zuverlässigkeit bei minimalem Bauraum – die Antriebssysteme zu einem der entscheidenden Erfolgsfaktoren moderner robotischer Hände machen.
Wie können leistungsstarke und gleichzeitig energieeffiziente Antriebe trotz begrenztem Bauraum integriert werden?
Das ist eine der zentralen Herausforderungen in der Entwicklung moderner Prothesen- und robotischer Hände. Der verfügbare Bauraum ist extrem begrenzt, gleichzeitig steigen die Anforderungen an Leistung, Präzision und Effizienz kontinuierlich.
In einem unserer kürzlich gewonnenen Prothesenprojekte ist sehr gut zu sehen, was heute möglich ist. Die gesamte Hand ist hochgradig verdichtet, jeder verfügbare Freiraum wird genutzt. Möglich wird das nur durch Motoren und Antriebskomponenten mit einem exzellenten Leistungs-Gewichts-Verhältnis, kombiniert mit einer sehr durchdachten mechanischen Integration. Leistung, Effizienz und Baugröße müssen dabei von Anfang an gemeinsam betrachtet werden – isolierte Optimierungen funktionieren in solchen Systemen nicht.
Gibt es bestimmte Motortypen oder Getriebekonzepte, die sich in Ihren Projekten als besonders effektiv erwiesen haben – und wenn ja, warum?
Wir beobachten aktuell ganz klar einen Trend weg vom klassischen DC-Bürstenmotor hin zu bürstenlosen Motoren. BL-Motoren bieten eine höhere Effizienz, eine längere Lebensdauer und sind besser für dynamische, hochbelastete Anwendungen geeignet – genau das, was moderne robotische Hände benötigen. Parallel dazu spielen hochbelastbare und sehr kompakte Getriebelösungen eine entscheidende Rolle. In mehreren Projekten wurden gemeinsam mit unseren Kunden maßgeschneiderte, teilweise patentierte Lösungen für hohe Traglasten und mechanische Übertragungen entwickelt. Auffällig ist dabei auch die zunehmende Miniaturisierung: Während früher häufig Antriebseinheiten mit bis zu 15 mm Durchmesser eingesetzt wurden, liegen heutige Lösungen oft im Bereich von 8 bis maximal 12 mm – bei deutlich höherer Leistungsfähigkeit.
Wie wichtig ist die Geräuschreduzierung bei Antrieben für Prothesen oder humanoide Roboter, und wie wird sie technisch umgesetzt?
Die Geräuschreduzierung ist ein sehr wichtiger Faktor, insbesondere in der Prothetik und bei humanoiden Robotern, die in direkter Nähe zum Menschen eingesetzt werden. Ein lauter Antrieb wird schnell als unnatürlich oder störend wahrgenommen. Zwar entsteht das Geräusch zunächst im Motor selbst, häufig wird es aber durch nicht optimal ausgelegte mechanische Kopplungen, Getriebe oder ungeeignete Materialien weiter verstärkt. Eine besondere Herausforderung ist die steigende Dynamik moderner Systeme. Je höher die Drehzahl und Bewegungsgeschwindigkeit, desto höher ist grundsätzlich auch das Geräuschniveau.
Technisch lässt sich das nur durch ein ganzheitliches Antriebskonzept lösen: leise Motoren, präzise gefertigte Getriebe, optimierte Lagerung und eine saubere mechanische Integration. Erst das Zusammenspiel all dieser Faktoren sorgt für einen ruhigen Lauf und ein natürliches Bewegungsgefühl.