Geförderte Forschungsprojekte

DEtune - Auf dem Weg zu einer neuen Generation weicher und anpassungsfähiger akustischer Geräte auf der Basis elektroaktiver Polymere

Marie Skłodowska-Curie Grant

Das Projekt DEtune ist ein H2020 Marie Skłodowska-Curie Einzelstipendium, das an Dr. Giacomo Moretti und die Universität des Saarlandes vergeben wurde. Das Projekt zielt darauf ab, neue Lautsprecher zu entwickeln, bei denen die schwingende Membran und der Aktor in einer weichen Membran aus dielektrischem Elastomer (DE) vereint sind, die an beliebige Formen angepasst oder in tragbare Textilstrukturen integriert werden kann. Im Vergleich zu konventionellen akustischen Geräten nutzen DE-basierte Lautsprecher die Vorteile von Schwingungen, die durch das direkte Anlegen einer Spannung an die akustische Membran induziert werden, ohne dass externe Aktuatoren benötigt werden. Der theoretische Hintergrund zu Kontinuumsschwingungen in DE-Membranen wird zunächst durch Modellierung und experimentelle Untersuchung mit Laservibrometriegeräten erarbeitet. Multi-Physik-Modelle der Akustik-Struktur-Interaktion der DE-Membranen werden aufgebaut. Schließlich werden Demonstratorkonzepte von Soft-Lautsprechern gebaut, die die Eigenschaften von DEs ausnutzen. Insbesondere wird die Möglichkeit untersucht, die akustische Antwort über Arrays unabhängiger DE-Emissionsflächen zu individualisieren. Darüber hinaus werden multifunktionale DE-Aktor-Konzepte untersucht, die in der Lage sind, eine niederfrequente Ansteuerungsaufgabe zu realisieren und gleichzeitig ein akustisches Signal zu erzeugen.

Laufzeit: 2020 - 2022 (24 Monate)

Projekt-Team: Dr. Giacomo Moretti

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DECMAS – Dielektrische Elastomer-Membranen für kooperative Mikro-Aktor/Sensor-Konzepte

DFG SPP 2206 KOMMMA - Kooperative mehrstufige multistabile Mikroaktorsysteme

Das Ziel dieses Antrags ist die Entwicklung eines neuartigen, hoch-flexiblen Multisegment-Aktorsystems für große Hübe, welches aus mehreren Schichten dielektrischer Elastomer-(DE) Arrays und multistabilen Formgedächtnispolymeren (SMP) besteht. Neuartige Modellierungs- und Entwicklungstools werden entwickelt, welche sowohl die starke elektromagnetische Kopplung zwischen benachbarten Segmenten als auch die inhärenten Self-Sensing Fähigkeiten abbilden. Zum einen ermöglichen diese Tools eine systematische, anwendungsbasierte Auslegung, zum anderen dienen sie als Basis für sensorlose, verteilte Regelungsstrategien für eine gleichzeitige Aktuierung, welche im Rahmen der nächsten Phase des SPP entwickelt werden soll. Das Design von multistabilen Vorspannungselementen für SMP Folienschichten sind ein Ergebnis dieser Tools, als auch eine anwendungsorientierte Elektrodengeometrie der DE-Segmente. Die SMP-Schichten werden in einer geeigneten Form hergestellt, woraus eine energieeffiziente Aktuierung mit hohem Hub resultiert. Die Elektrodensegmente werden durch ein neuartiges Sputter-Verfahren aufgebracht, welches im Rahmen des Projektes entwickelt wird. Hierdurch wird ein hoher Hub und eine hohe Nachgiebigkeit ermöglicht, bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer hohen Leitfähigkeit. Die Arbeit wird in drei Unterprojekte aufgeteilt, welche parallel von drei Gruppen bearbeitet werden. Zwei dieser Gruppen gehören der Fakultät Systems Engineering und Materialwissenschaften der Universität des Saarlandes an, während die dritte Gruppe an der Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes (htw saar) ansässig ist. Die erste Gruppe (Rizzello) fokussiert sich auf die Entwicklung von Microscale-Modellen, um ein systematisches Design und Self-Sensing Strategien für Arrays miteinander agierender DE-Membranen zu ermöglichen. Zusätzlich werden kooperative Regelungsstrategien für zukünftige Projektphasen erarbeitet. Parallel hierzu entwickelt die zweite Gruppe (Seelecke) ein neues Auslegungskonzept und Strategien zur Miniaturisierung multistabiler verteilter Aktoren, als auch integrierte Elektronik zur Ansteuerung und Sensorik. Die dritte Gruppe (Schultes) beschäftigt sich mit der Materialauswahl und Herstellung dehnbarer, mikrostrukturierter Elektroden, welche für die lokale Aktuierung der segmentierten DE-Membranen notwendig sind. Die Expertise der drei Gruppen ist dahingehend aufeinander abgestimmt, dass verschiedene Aspekte der DE-Technologie abgedeckt werden, welche für das Erreichen des Ziels kooperativer Aktorsysteme notwendig sind. Hierduch wird der fachübergreifende Ansatz, welcher für den Erfolg einer Konzeptentwicklung erforderlich ist, dargestellt. Zudem stellt die gemeinsame Lage in Saarbrücken eine enge, synergetische Zusammenarbeit während der gesamten Laufzeit des Projektes sicher.

Laufzeit: 2019 - 2022 (36 Monate)

Projekt-Team: Sipontina Croce, Jonas Hubertus (HTW Saar), Julian Neu

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Dielektrische Elastomere - Aktor-/ Sensorkonzepte mit soften Materialien für Soft-Robotik-Systeme

DFG SPP 2100 SMRS - Soft Material Robotic Systems

Das Ziel des vorliegenden Antrags ist die Entwicklung eines Aktor-/Sensor-Konzeptes auf Basis dielektrischer Elastomere (DE) für Soft-Robotiksysteme. Aufgrund ihrer intrinsischen Nachgiebigkeit und ihrer Fähigkeit, gleichzeitig als Aktor und Sensor zu arbeiten (Self-Sensing), stellen DEs eine ideale Ausgangsbasis für die Entwicklung neuartiger softer Maschinen dar, die sich mit Standardantrieben nicht realisieren lassen. Das hier vorgeschlagene Forschungsvorhaben gliedert sich in zwei Teilprojekte, die parallel von zwei Arbeitsgruppen aus den Fachrichtungen Systems Engineering und Materialwissenschaften an der Universität des Saarlandes durchgeführt werden.Dabei beschäftigt sich die erste Arbeitsgruppe (Seelecke) mit den Hardwareaspekten des Vorhabens, speziell mit Entwurf, Herstellung und systematischer experimenteller Validierung eines Mehrfreiheitsgrad-Aktor/Sensorsystems. Zur gleichen Zeit beschäftigt sich die zweite Arbeitsgruppe (Rizzello) mit der Entwicklung mathematischer Modelle, Ansteuerkonzepte sowie neuartiger Self-Sensing-Algorithmen für innovative Soft-Robotiksysteme.Die beiden Teilprojekte werden zum Schwerpunktprogramm SPP 2100 dabei speziell durch die Entwicklung eines modularen und skalierbaren, intelligenten Aktor-/Sensorsystems beitragen. Das entwickelte System wird seine Konfiguration und Nachgiebigkeit aktiv mit Hilfe von Self-Sensing basierten Techniken ansteuern bzw. regeln können und als Grundlage für die Entwicklung komplexerer Soft-Robotiksysteme, wie Tentakel oder Rüssel, dienen. Der multi-disziplinäre Charakter des Projektes stellt dabei durch seine ergänzende Kombination aus Hard- und Softwareaspekten sicher, das das Thema in seiner gesamten Breite behandelt wird.

Laufzeit: 2019 - 2022 (36 Monate)

Projekt-Team: Matthias BaltesJulian Kunze, Johannes Prechtl

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