Das Projekt DECMAS – Phase II wird von der Deutschen Forschungsgesellschaft (DFG) gefördert und ist Teil des DFG Schwerpunktprogrammes SPP 2206 KOMMMA. Neuartige, miniaturisierte und kooperative dielektrische Aktorkonzepte werden erforscht.
Das Projekt ist eine Kollaboration des Lehrstuhls für intelligente Materialsysteme unter der Leitung von Prof. Motzki von der Universität des Saarlandes (UdS), des Soft Robotic Systems and Control Lab unter der Leitung von Jun.-Prof. Rizzello der UdS, sowie der Forschungsgruppe Physikalische Sensorik und Mechatronik unter der Leitung von Prof. Heppe von der Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes (HTW).
DECMAS – Phase II ist das direkte Nachfolgeprojekt von DECMAS – Phase I. Die Problemstellung, die Zielsetzung und das Vorgehen bleiben prinzipiell gleich. Phase II baut auf den Ergebnissen der Phase I auf. Die Forschungs- und Entwicklungsarbeit in Phase II geht folglich tiefer ins Detail.
Dielektrische Elastomere sind dünne Elastomerfolien, welche auf beiden Seiten mit einer flexiblen Elektrode beschichtet werden. Sie vereinen positive Eigenschaften wie geringes Gewicht, niedrige Herstellungskosten und Energieeffizienz. Der gleichzeitige Einsatz als Sensor und als Aktor macht diese Technologie besonders reizvoll. Heutige Anwendungen sind eher im makroskopischen Bereich zu finden. Die Entwicklung hin zu miniaturisierten Konzepten ist somit das Ziel dieses Projektes und bringt gleichzeitig einige Herausforderungen mit sich.
Die Interaktion und Kooperation zwischen benachbarten, sich immer weiter annähernden Aktoren bzw. Sensoren auf DE-Basis, ist bisher erst unzureichend erforscht. Weiterhin müssen neue Designkonzepte, Herstellungsverfahren, sowie eine speziell auf kleine Aktoren angepasste Elektronik entwickelt werden. Die Elektrode selbst muss ebenfalls für den Miniaturisierungsprozess geeignet sein.
Ziel des Projektes ist es, die Miniaturisierung von dielektrischen Aktorkonzepten weiter voranzutreiben und die dabei auftretenden Probleme zu verstehen und zu beheben. Aufbauend auf den Forschungsarbeiten aus dem Vorgängerprojekt DECMAS – Phase I, wird eine sukzessive Verkleinerung der entsprechenden Bauteile in den Millimeter-Bereich angestrebt. Am Ende des Projektes soll ein Technologiedemonstrator entstehen, welcher ein Array aus miniaturisierten, miteinander kooperierenden DE Aktoren und Sensoren zeigt.
Insgesamt 3 Forschergruppen von HTW (AG Heppe) und UdS (AG Motzki, AG Rizzello) arbeiten gemeinsam an der Realisierung dieses Projektes. Computergestützte modellbasierte und FEM-Simulationen (AG Rizzello) werden genutzt, um die elektro-mechanischen Abläufe der DE-Aktor-Arrays zu verstehen, zu visualisieren und zu optimieren. Weiterhin kann die Interaktion zwischen benachbarten Arraypunkten per Simulation erforscht werden. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse fließen in die Designoptimierung und in die Erarbeitung von Lösungsansätzen für etwaige Prototypen ein. Zusätzlich werden Algorithmen für das Self-Sensing und zur Ansteuerung der Aktoren in diesem Arbeitspaket entwickelt.
Die AG Motzki arbeitet parallel im zweiten Arbeitspaket an der praktischen Umsetzung des DEA-Arrays. Das Ziel ist es, ein funktionierendes Gesamtsystem zu entwickeln, bei dem alle Aspekte wie z.B. Herstellung, Aufbau, Kontaktierung, Ansteuerung, etc. aufeinander abgestimmt werden müssen. Die hierbei gewonnenen Erkenntnisse fließen direkt in die Simulationen aus dem ersten Arbeitspaket ein, wodurch wiederum bessere Vorhersagen für weitere Iterationen getroffen werden können.
Das dritte Arbeitspaket erforscht die Entwicklung neuartiger metallischer dehnbarer Elektroden, welche auch nach mehreren Millionen Zyklen noch gute elektromechanische Eigenschaften aufweisen müssen. Metallische Dünnschichten, welche auf eine vorgespannte Silikonfolie aufgesputtert werden, stehen dabei im Fokus der Arbeit. Mittels eines Lasers soll anschließend nahezu jede beliebige Elektrodengeometrie ausgeschnitten werden. Die dadurch gewonnene Designfreiheit spielt im Minaturisierungs- und Optimierungsprozess eine entscheidende Rolle.
Professor für physikalische Sensorik und Mechatronik
wissenschaftlicher Mitarbeiter