Diese Arbeit entwickelt am Beispiel eines pneumatisch betriebenen Gecko-inspirierten weichen Laufroboters Methoden zur Steuerung des Bewegungsapparats. Die Steuerung der Fortbewegung erfordert das Zusammenspiel von Steuerungshardware, Regelung der Verformung der einzelnen Aktuatoren und Algorithmen der inversen Kinematik. Ein kleiner Teil der Arbeit entwickelt einen pneumatischen Steuerkasten und Methoden zur Erfassung der Verformung von weichen Biegeaktuatoren. Der Hauptteil dieser Arbeit bezieht sich auf die Generierung von Gelenksollwerten für die erfolgreiche Fortbewegung. Durch die gezielte Ausnutzung des elastischen Verhaltens des weichen Materials wird eine vergleichsweise hohe Manövrierfähigkeit erreicht. Mit den vorgestellten Methoden übertrifft der Gecko-inspirierte Roboter die meisten der existierenden pneumatisch angetriebenen, mobilen weichen Roboter.

Die Themen Umweltfreundlichkeit und Nachhaltigkeit erfahren durch den sich seit Jahren vollziehenden Klimawandel eine steigende Aufmerksamkeit. Politik, Wissenschaft und Industrie sind gefordert, umweltgerechte Produktentwicklungen zu fokussieren und stetig voranzutreiben. Innerhalb der Automobilindustrie wird neben bzw. mit der Revolutionierung der Antriebstechnologien die Entwicklung nachhaltiger Leichtbaumaterialien verfolgt. Hier bieten naturfaserverstärkte Kunststoffe die Möglichkeit zum umweltgerechten Leichtbau im Auto. Dabei nehmen die aus Naturfasern und Kunststoff bestehenden Verbundwerkstoffe durch ihre Faser-Matrix-Kombination eine besondere Stellung ein. Durch die vergleichsweise niedrige Dichte der Naturfasern ist es möglich, naturfaserverstärkte Kunststoffe zu generieren, die im Vergleich mit konventionellen Verbundwerkstoffen vorteilhafte mechanisch-physikalische Werkstoffeigenschaften aufweisen. Das Forschungsziel der vorliegenden Arbeit bestand darin, durch die Untersuchung neuartiger Kunststoffsysteme und Naturfasern sowie der Optimierung der entsprechenden Herstellungsprozesse zur Effizienzsteigerung naturfaserverstärkter Verbundwerkstoffe im automobilen Leichtbau beizutragen. Die Forschungsarbeiten erfolgten insbesondere unter Aspekten der anwendungsorientierten Entwickung und im Hinblick auf die Maximierung des Naturfaseranteils im Werkstoff, einer Minimierung der Werkstoffrohdichte sowie der Produktionskosten, unter Einhaltung der bauteilspezifischen Anforderungen seitens des Original Equipment Manufactures (OEM) an den Werkstoff. Zum Erreichen dieser Ziele wurden innerhalb der Arbeit sieben Studien zur Effizienzsteigerung von naturfaserverstärkten Kunststoffen durchgeführt. Innerhalb dieser wurde eine Charakterisierung der Ausgangsmaterialien vorgenommen und deren Einflüsse auf die Werkstoffeigenschaften betrachtet. Hierbei kamen Naturfasern (Hanf-, Flachs-, Kenaf- und Holzfasern) und Kunststoffe (Polyurethan und verschiedene Acrylate) zum Einsatz. Zudem wurden Werkstoffe aus einem spezifizierten Naturfasernadelvlies aus Hanf und Kenaf unter Variierung der Bindemittelmenge der verwendeten Matrixsysteme und der Rohdichte hergestellt und analysiert. Anschließend wurden Optimierungen der Werkstoffe im Hinblick auf die Werkstoffeigenschaften und Prozesstechnologien durchgeführt sowie durch die Herstellung von Demonstratorbauteilen deren Praxistauglichkeit für die Automobilindustrie erprobt.