1998 - Fluidhand 1

Diese erste Softhand besteht aus dünnen Folienschichten, die zu komplexeren Antrieben in Sandwich-Bauweise zusammengefügt wurden. Fünf Finger, aufgebaut aus jeweils 6 paarweise, funktionell verschweißten Folienschichten, wobei die mittleren beiden Folien die mit Epoxydharz gefüllte Skelettstruktur bildet. Die jeweils äußeren zwei Folienschichten bilden je einen fluidischen Muskel. Dafür wurden jeweils zwei dünne Folien in der Art miteinander verschweißt, dass sich aneinandergereihte und miteinander verbundene Kammern bilden. Beim aufpumpen dieser Struktur mit einem Gas oder Flüssigkeit, zieht sich diese ähnlich dem natürlichen Muskel um ca. 20% seiner Länge zusammen, der Finger rollt sich dabei bogenartig zusammen.

 

Nach Praxissemester und Diplomarbeit am Forschungszentrum Karlsruhe (heute KIT), beendet Stefan Schulz das Studium der Elektrotechnik  und Gerätesystemtechnik an der Universität Rostock als Diplom Ingenieur und tritt eine Stelle als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Forschungszentrum an. Bereits als Student der Universität Rostock hat Schulz sich mit der Entwicklung alternativer Miniaturantriebe befasst und ein Verfahren zur Herstellung planarer Fluidantriebe auf Folienbasis patentiert. Am Forschungszentrum entwickelte er diese Technologie weiter, insbesondere wurden Anwendungen im Bereich fluidischer Robotik, der sogenannten Softrobotic im Umfeld medizintechnischer Forschungsthemen anvisiert. Ziel der Arbeiten war es, neue Antriebe für Instrumente der Minimalinvasiven Chirurgie zu entwickeln. Als erste Anwendungsgebiete der neuen Technik entwickelte Schulz auf der Basis flexibler Fluidaktoren, Miniaturkatheter für die Diagnostik, Endoskopführungssysteme für die Minimal-Invasive Chirurgie und  Diagnostische Koloskopiesysteme. Die Fluidhand 1 entstand als „Nebenprodukt“ bei der Entwicklung eines Kameraführungssystems für die Laparoskopie. Die gleichen künstlichen Muskeln, die das Bewegen einer Laparoskop-Kamera ermöglichen, arbeiten auch in der Fluidhand 1. Dabei werden zwei Folienschichten rautenartig so zusammengeschweißt, dass eine Kammer entsteht. Wird diese Kammer mit einem Druck beaufschlagt, formen sich die biegeschlaffen aber dehnsteifen Folienschichten kreisbogenartig aus, was zu einer Verkürzung der zuvor flachen Struktur führt. Die auf diese Weise gebildeten künstlichen Muskeln arbeiten in der Fluidhand 1 als Agonist und Antagonist und ermöglichen das Beugen und Strecken sowie das Versteifen des künstlichen Fingers und Daumens. Ein einzelner Finger kann dabei einen 180 Grad Bogen beschreiben, die Kraft der künstlichen Muskeln ist material bedingt jedoch sehr gering und nicht geeignet um Gegenstände schwerer als ca. 100g zuhalten