Von Weinreben inspirierte Robotik kann schweres und zerbrechliches Gut sanft anheben — von einer Glasvase bis zu einer Wassermelone und sogar einen Menschen aus dem Bett. Ein Forschungsteam des Massachusetts Institute of Technology (MIT) und der Stanford University hat einen neuen Typ von weichem Greifer vorgestellt, der ein Objekt nicht durch Zusammendrücken starrer „Finger“ greift, sondern es umschließt und in einer Art weichen Riemen-Hängematten-Schlaufe anhebt. Das System wurde entwickelt, um das Risiko der Beschädigung zerbrechlicher Gegenstände zu verringern und Pflegekräfte beim Umlagern von Personen mit eingeschränkter Mobilität zu entlasten. Im Gegensatz zu klassischen Lösungen verteilt sich der Kontakt hier auf eine große Oberfläche, sodass die lokalen Drücke niedrig sind und damit die Möglichkeit von Verletzungen oder Bruch minimal ist.

Im Gegensatz zu klassischen Robotergreifern, die sich auf wenige Kontaktpunkte und erhebliche Klemmkräfte verlassen, vergrößert der „rankenartige“ Ansatz die Berührungsfläche und verwandelt das Greifproblem in ein Problem des sanften Umwickelns und Aufhängens. In der Praxis bedeutet dies, dass derselbe Mechanismus durch enge Öffnungen gelangen, sich durch Unordnung in einem Regal oder Behälter arbeiten, das Ziel umschließen und — nach Schließen der Schlaufe — sicher anheben kann, ohne Stöße und lokale Drücke, die die Oberfläche beschädigen.

Wie das System funktioniert: von der offenen zur geschlossenen Schlaufe

Die Basis bildet eine robuste, aber leichte, unter Druck stehende Box, die neben dem Zielobjekt platziert wird. Aus jeder Box treten dünne, flexible Schläuche aus Polymerfolien aus, die sich unter Lufteinfluss durch einen Everting-Mechanismus (Umstülpmechanismus) von der Spitze her verlängern. Der Schlauch kann während des Wachstums seinen Weg kontrolliert biegen und verdrehen, um sich unter, um oder zwischen Hindernissen hindurchzufädeln. In der Phase der offenen Schlaufe „wächst“ der Roboter um das Objekt oder die Person herum und bildet einen natürlichen Riemen. Dann „wächst er weiter“ zurück zur Druckquelle, wo er in eine mechanische Klemme (Clamp) eintritt, die ihn fixiert, und — mit Hilfe einer Winde — wird die Schlaufe langsam gestrafft und die Last angehoben. Das Ergebnis ist ein weicher, schlingenartiger Halt mit viel größerer Stabilität als ein typischer Griff mit zwei oder drei Punkten.

Eine solche zweistufige Strategie — zuerst präzise Positionierung, dann sicheres Halten — nutzt die Vorteile weicher, nachgiebiger Strukturen, wenn ein Ziel in engem Raum erreicht werden muss, sowie die Vorteile des Schlaufenschlusses, wenn stabiles Tragen erforderlich ist. Die Forscher wandten diesen Ansatz in zwei Maßstäben an: einem kleineren, montiert an einem Standard-Roboterarm zur Manipulation von Gegenständen in Lagern oder Laboren, und einem größeren, bestimmt für unterstützende Verfahren in der Pflege, wo ein System mit zwei Boxen, die an einem Überkopfträger montiert sind, eine breite, bequeme Schlaufe um eine Person bildet.

Warum dies für Pflege und Rehabilitation wichtig ist

Das Umlagern eines Patienten vom Bett in den Rollstuhl ist eine der körperlich anspruchsvollsten und riskantesten Aufgaben für Pflegekräfte, die oft zwei Personen erfordert und ein Risiko für Rückenverletzungen birgt. Standardlösungen verwenden starre Lifter und separate Stoffschlingen, die jemand manuell unter den Patienten schieben muss. Der neue Roboter erledigt dies ohne manuelles „Drehen auf die Seite“: Die Schläuche fädeln sich selbst durch und verteilen die Last über einen großen Bereich. In experimentellen Demonstrationen hob das System, unter Aufsicht und richtiger Einstellung, eine Person sicher aus einer liegenden Position und erzeugte ein Gefühl sanfter Aufhängung anstatt festen Festklemmens.

Für ältere Menschen und Personen mit eingeschränkter Mobilität ist auch der Komfort wichtig: Weiche Schlauchwände und die Möglichkeit fein abgestimmten Drucks bedeuten, dass das Anheben keine harten Auflagepunkte erzeugt. Außerdem, da die Schläuche aus der Spitze wachsen und sich wieder einziehen, nimmt das System im Ruhezustand sehr wenig Platz ein und erfordert keine dauerhaften häuslichen Modifikationen (tragende Rahmen, Schienen u. Ä.).

Anwendungen außerhalb des Gesundheitswesens: Logistik, Industrie und Landwirtschaft

In kleineren Maßstäben zeigte der „rankenartige“ Greifer, dass er sowohl empfindliche als auch sperrige Gegenstände sicher anheben kann: eine Glasvase, eine Wassermelone, einen Kessel mit Henkel, ein Bündel Metallstangen oder einen halb aufgeblasenen Ball. Da sich die Schläuche durch dicht gepackte Warenkisten fädeln können, dient der Greifer auch als „Sucher“, der zuerst den gesuchten Gegenstand greift und ihn dann in eine hängende Last verwandelt. In Lagern und Postsortieranlagen kann ein solcher Ansatz den Bedarf an starren Fingern oder Saugnäpfen verringern, die oft an Kanten hängen bleiben oder an porösen Oberflächen den Unterdruck verlieren.

In der Schwerindustrie besteht Potenzial für die ferngesteuerte Aufnahme von Lasten unregelmäßiger Form — beispielsweise bei der Automatisierung von Kränen in Häfen, wo eine Kombination aus Flexibilität beim Durchgang und Sicherheit beim Tragen erforderlich ist, oder beim Herausholen von Paketen aus Sattelaufliegern ohne Betreten des Fahrzeugs durch Arbeiter. In der Landwirtschaft ermöglicht die weiche „Ranke“ die Ernte mit minimaler Beschädigung, selbst wenn die Früchte in dichtem Laub und unregelmäßig angeordnet sind.

Technische Grundlagen: Druck, Materialien und Steuerung

Der Schlüssel zur Leistung liegt in dünnwandigen, aber festen Polymermembranen (z. B. Laminate wie TPU-Folie), die mehrfaches Umstülpen ohne Materialermüdung aushalten. Beim Everting-Wachstum bildet die Kontaktlinie eine kontinuierliche „Lippe“, die über den Untergrund gleitet und Hindernisse beiseite schiebt, ohne augenblickliche Stöße zu erzeugen. Die Steuerung ermöglicht eine feine Dosierung von Druck und Wachstumsgeschwindigkeit, während zusätzliche Kabel- oder pneumatische Kanäle innerhalb der Wandung das Verdrehen und Biegen des Pfades sicherstellen. Eine mechanische Klemme (Clamp) in der Box definiert den Schlaufenschluss, und eine Winde übernimmt die statische Last während des Hebens, um den Luftverbrauch zu senken.

Im Vergleich zu klassischen Greifern verringert ein solches System den Bedarf an exakter Modellierung der Geometrie des Objekts und der Planung des Griffs mit einer begrenzten Anzahl von Kontaktpunkten. Stattdessen reduziert sich das Problem auf die Planung des Wachstumspfades (wie viel und wo sich der Schlauch durchfädelt) und auf die Steuerung der Schlaufenspannung, um Verrutschen zu vermeiden. Die Stabilität ist inhärent hoch, da sich die Last „in einem hängenden Nest“ befindet und nicht an der Kante von Fingern.

Vergleich mit anderen weichen Greifern

Die weiche Robotik hat in den letzten Jahren einige Alternativen zu starren Fingern geboten: von Origami-inspirierten „Ball“-Greifern, die sich unter Druck schließen, bis zu Greifern aus sogenannten Tape-Spring-Bändern (Rollfederbändern), die sich um Früchte wickeln. Diese Technologien haben einen Vorteil bei der Kontaktsicherheit, erfordern aber oft zusätzliche Mechanismen zum Spreizen oder präzise Greifstellen. Der „rankenartige“ Ansatz unterscheidet sich dadurch, dass die Struktur selbst sowohl als End-Effector als auch als „Riemen“ zum Tragen dient: In der offenen Schlaufe gelangt man zum Ziel, und in der geschlossenen Schlaufe überträgt man die Last. Dies verringert die mechanische Komplexität an der Armspitze und erhöht die Robustheit gegenüber unregelmäßiger Geometrie.

Gleichzeitig zeigt die Literatur über Vine-/„Growing“-Roboter die Reife des Konzepts der Fortbewegung durch Wachstum und die Fähigkeit zur Navigation durch komplexe und enge Räume. Die Neuheit hier ist die Integration dieses Prinzips mit dem Konzept des Schlaufenschlusses und Hebens von Lasten, insbesondere wenn die Last zerbrechlich oder anatomisch empfindlich ist, wie der menschliche Körper.

Sicherheit: Biomechanik des Kontakts und Redundanz

Die Umverteilung der Belastung ist der Schlüssel zur Vermeidung von Schäden an Haut und Weichgewebe. Breite, nachgiebige Schlaufen schaffen eine Kontaktoberfläche, die mit Textilschlingen vergleichbar ist, jedoch mit dem Vorteil des automatisierten „Unter-Hindurch-Fädelns“. Der Luftdruck kann so begrenzt werden, dass der maximale Kontaktdruck unter der Schwelle bleibt, die Durchblutungsstörungen verursacht, während die Winde auf kontrolliertes Drehmoment und sanftes Anfahren programmiert wird. In Prototypen wurden Wegbegrenzer und passive Sicherheitsgurte hinzugefügt, die die Last im unwahrscheinlichen Fall eines Ausfalls übernehmen, während Druck- und Spannungssensoren eine Überlastung verhindern.

Ein weiterer Sicherheitspunkt ist die Kommunikation mit dem Benutzer: Das System kann eine einfache Schnittstelle haben (z. B. Start/Stopp mit klaren Druck- und Spannungsanzeigen) sowie die Möglichkeit der manuellen Übernahme. Für Krankenhausbedingungen ist die Integration in bestehende Prozesse (z. B. Heben aus dem Bett zum Tagesstuhl) vorgesehen, mit Validierung gemäß den relevanten Normen für medizinische Lifter.

Demonstrationen: vom Labor zu angewandten Szenarien

In Labortests griff das kleinere System wiederholt Gegenstände unterschiedlicher Steifigkeit und Textur, darunter eine Glasvase, eine Wassermelone und ein Bündel Metallstangen. Während des Griffs fädelten sich die Schläuche zuerst durch dichten Raum (z. B. eine volle Kiste), umschlossen dann das Ziel und bildeten einen stabilen „Sack“. Im letzten Schritt hob die Winde die Last ohne Schwingungen an. In einer Pflegedemonstration fädelte ein größeres Gerät mit zwei Boxen, die an einem Querträger über dem Bett montiert waren, Schläuche unter den Rücken und unter die Knie einer Person, schloss die Schlaufe und hob sie sanft in eine sitzende Position und dann in den Übergang zu einem Rollstuhl. Alle Phasen waren kontrolliert und reversibel.

Diese Demonstrationen bestätigen zwei wesentliche Vorteile: (1) die Fähigkeit, das Ziel durch Hindernisse hindurch zu erreichen und (2) die Fähigkeit zur sicheren Aufhängung der Last, wenn die Schlaufe geschlossen ist. Zudem bedeutet der Ausfahr-/Einziehmechanismus selbst, dass nach dem Griff nichts Starres aus der Schlaufe herausragt, was das Risiko eines Anstoßens an die Umgebung verringert.

Offene Fragen: Regulierung, Sterilität und Wartung

Der Weg zu einer breiteren klinischen Anwendung wird eine Abstimmung mit der Regulierung (beispielsweise Klassifizierung und Prüfungen für medizinische Lifter), die Lösung von Fragen der Sterilisation oder des Austauschs von Verbrauchsschläuchen sowie die Überprüfung der Haltbarkeit von Membranen bei einer großen Anzahl von Zyklen erfordern. In der häuslichen Pflege sind Fragen der Ergonomie (Abmessungen, Geräuschpegel des Kompressors, Geschwindigkeit des Verfahrens) und die Kosten des Verbrauchsmaterials wichtig. Das Design ist modular: Verbrauchs-„Socken“ können billig und austauschbar sein, während die Box mit Kompressor, Ventilen und Winde langlebigere Komponenten sind.

Wo die Technologie heute steht

Das Konzept der „wachsenden“ Roboter ist in der Fachliteratur breit dokumentiert und wurde in den letzten Jahren auf feine, millimetergenaue Maßstäbe und auf fortgeschrittene Steuerung (z. B. flüssigkristalline Elastomere in der „Haut“ zur Ausrichtung) ausgeweitet. Teams des MIT und von Stanford haben ihre neueren Ergebnisse zur Programmierung von Querschnitten und zur Anwendung für den Patiententransfer im Jahr 2025 in Form einer wissenschaftlichen Arbeit und Kongressvorträgen vorgestellt, wobei sie die Möglichkeit der Bildung breiter, bequemer Riemen und den Beweis des Prinzips betonten, dass ein sanfter, weicher Mechanismus eine Funktion übernehmen kann, die bisher eine Kombination aus manueller Arbeit und starrer Mechanik erforderte. Es handelt sich um Forschung, die sich noch in der Validierung und iterativen Entwicklung befindet, aber Demonstrationen zeigen eine reife Basis für den Übergang zu Pilotanwendungen in realen Umgebungen.

Potenzial für die Integration mit Bildverarbeitung und Planung

Obwohl Demonstrationen erfolgreiche Hebevorgänge in halbkontrollierten Bedingungen zeigen, beinhalten die nächsten Schritte die Integration mit Stereo-Vision oder Tiefenkameras, die Konturen des Körpers und der Umgebung „lesen“ und den Wachstumspfad der Schläuche mit minimalem Kontakt zu empfindlichen Punkten planen können. Algorithmen können Wachstumsparameter (Druck, Geschwindigkeit, Verdrehwinkel) und Verifikationsprüfungen generieren (ist die Schlaufe wirklich geschlossen, liegt die Spannung innerhalb der zulässigen Grenzen). In der Logistik würde die Verbindung mit WMS/ERP-Systemen das automatische Abrufen von Artikeln aus tiefen Regalen mit minimalen Eingriffen des Bedieners ermöglichen.

Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit

Die Bruttokosten des Prototyps hängen stark vom Kompressor, der Ventilplatte und dem Sensorpaket ab. Der Verbrauchsteil — Polymerhülsen — kann in Rollen aus Industrielaminat hergestellt werden, was die Wartung erleichtert und Abfall reduziert: Eine abgenutzte Hülse wird ausgetauscht, ohne den Rest des Systems zu ändern. Energetisch erfordern Wachstumszyklen Spitzenluftströme, aber das Halten der Last kann sparsam sein, da die Winde die statische Last übernimmt.

Was dies für die Gestaltung von Arbeitsplätzen bedeutet

In Pflegeeinrichtungen, wo Muskel-Skelett-Verletzungen bei Pflegekräften häufig sind, kann eine solche Technologie Teil eines breiteren Maßnahmenpakets sein: standardisierte Hebeverfahren, Schulung und Ausrüstung. In Lagern, wo Ware oft schwer aus der Tiefe von Palettenkäfigen zu erreichen ist, kann der „rankenartige“ Ansatz bestehende Roboterarme und FTS/AMR-Systeme ergänzen, insbesondere für unregelmäßige, rutschige oder poröse Gegenstände.

Abschließend zum Trend, ohne Artikel-Fazit

Robotik, die Prinzipien aus der Pflanzenwelt übernimmt — Wachstum von der Spitze, Winden um eine Stütze und Umwandlung der Kontaktlinie in eine tragende Schlaufe — eröffnet eine neue Nische zwischen starren Manipulatoren und traditionellen Liftern. In Segmenten, wo bisher ein Kompromiss zwischen Sicherheit und Produktivität bestand, zeigt der „rankenartige“ Greifer, dass man mit zwei Phasen (offene Schlaufe für den Zugang, geschlossene Schlaufe für das Tragen) beides erhalten kann: Vordringen zum Ziel und sichere Lastaufhängung.