Kaskadierte Aktoren als biomimetische Antriebselemente

Die vorliegende Arbeit gliedert sich in die Entwicklung neuer Antriebe und die Bewertung von Aktorprinzipien ein. Ausgangspunkt sind Untersuchungen zur Übertragung mechanischer Energie vom Aktor zum Wirkelement mit dem Ziel daraus Auswahlkriterien für Aktoren abzuleiten. Zunächst wird der statische Fall analysiert. Im statischen Fall können zwischen linearen Elementen maximal 25% der Aktorenergie an das Wirkelement weitergegeben werden. Mit nichtlinearen Antriebskennlinien ist ein höherer Wirkungsgrad der Energieübertragung erreichbar. Die Bewertung des dynamischen Verhaltens der Antriebe erfolgt nicht über Variantenvergleich, sondern durch das Bestimmen eines optimalen Beschleunigungsprozesses, der als Vergleichstrajektorie für Antriebskennlinien dient. Das Ergebnis der Optimierung sind nichtlineare Kennlinien, die denen biologischer Antriebe qualitativ sehr ähneln. Mit biomimetischer Kaskadierung von Aktoren können sowohl lineare als auch nichtlineare Kennlinien erzeugt werden, was in Simulationen nachgewiesen wird. Sowohl Kraft als auch Weg können aufsummiert, aber auch in feiner inkrementierte Schritte unterteilt werden. Die Steifigkeit der kaskadierten Antriebe kann mit fortschreitender Kontraktion durch die konstruktive Gestaltung variiert und die Antriebe so für statische oder dynamische Aufgaben zugeschnitten werden. Neben dem veränderten Bewegungsablauf ermöglichen räumliche Kaskaden auch dreidimensionale Bewegungen als neue Bewegungsqualität. Das Konzept eines kaskadierten Antriebes mit polarisierten Magnetbrücken wird entwickelt. Die magnetische Vollbrücke als besonders empfindliche, bistabile, polarisierte Magnetanordnung wird an die Forderungen einer Magnetkaskade angepasst. Damit liegt das Konzept einer integrierten magnetomechanischen Logik zur Ansteuerung der Magnetbrücken vor. Einsatzgebiete biomimetischer, kaskadierter Aktoren sind vor allem integrierte Direktantriebe, die Objekte in eine Position bringen und dort energiefrei halten sollen. Die mikrotechnische Herstellung kaskadierter Mikroaktoren ist eine Voraussetzung für deren industriellen Einsatz.