Bildquelle: Fraunhofer LBF, Raapke
News • Multistabiler Finger aus dem 3D-Drucker
Handprothese aus einem Guss: Metamaterial ersetzt Mechanik
Im Fraunhofer Cluster of Excellence Programmable Materials CPM haben Forschende ein multistabiles Fingergelenk für eine Handprothese entwickelt, welches vier stabile Verformungszustände annehmen kann.
Die Fraunhofer-Institute LBF, IWM, ITWM und IAP arbeiten im Projekt 'ProFi' (Programmierbarer Multistabiler Finger) zusammen, um die bisherige mehrteilige und verschraubte Lösung durch ein einzelnes programmierbares Metamaterial zu ersetzen, was den Montageaufwand erheblich reduziert. Diese passive, günstige Handprothese bietet zwei Gelenke, die eine Beugung um eine Achse erlauben und verschiedene Fingerstellungen fixieren kann. Ein großer Fortschritt für Handprothesennutzer, die Wert auf Ästhetik und Funktionalität legen.
Passive Handprothesen mit gelenkigen Fingern sind wegen der geringen Kosten attraktiv für den Endnutzer. Im Rahmen des Projekts hat ein Fraunhofer-Forscherteam einen Finger für Handprothesen konzipiert, der die herkömmlichen mehrteiligen und verschraubten Lösungen durch ein einzelnes, leicht anpassbares multistabiles Metamaterial ersetzt. Ziel war es, die Montage zu vereinfachen und gleichzeitig die Funktionalität zu erhöhen. Der Finger kann in vier Positionen in 30°-Schritten fixiert werden.
Bildquelle: Fraunhofer LBF
Die am Fraunhofer LBF entwickelte Gelenkstruktur basiert auf einem Metamaterial, das ursprünglich für den Ellenbogenersatz konzipiert wurde und nur die Biegung um eine Achse ermöglicht, während die anderen Freiheitsgrade möglichst steif sind. Die Übertragung in einen kleineren Bauraum wurde durch spezielle Anpassungen realisiert, die eine 90°-Beugung in einem geringen Radius ermöglichen und gleichzeitig die Steifigkeit in der Beugungsrichtung minimieren. Unterstützt durch FEM-Simulationen wurde die Struktur optimiert, um Spannungen zu reduzieren und die Lebensdauer zu steigern.
Die am Fraunhofer IWM entwickelten bistabilen Einheitszellen, die in das Gelenk integriert sind, basieren auf einem Konzept, das elastische Balken verwendet, die bei Zugbelastung in einen zweiten stabilen Zustand übergehen. Zur Analyse der Bistabilität und zur Optimierung der Einheitszellen-Geometrie wird mit Unterstützung des Fraunhofer ITWM die Software 'ProgMatCode' eingesetzt. Die Kombination aus Gelenkstruktur und mehreren bistabilen Einheitszellen ergibt das multistabile Fingergelenk. Am Fraunhofer IAP wurde ein Finger mit zwei Gelenken aus einem Bauteil additiv gefertigt, sodass weiterhin eine individuelle Außenkontur möglich ist, aber der Montageaufwand entfällt.
Das Gelenk kann in der Orthetik und als Greifsystem in der Automatisierungstechnik zum Einsatz kommen, wo es Effizienz und Sicherheit steigert.
Quelle: Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF
29.10.2025
