Achterbahn-Looping mit dem Roboter in der Uni-Werkstatt

Der Roboter simuliert die Bewegungen der Achterbahn, die Fahrt erlebt Prof. Dr. Andres Kecskemethy
Der Roboter simuliert die Bewegungen der Achterbahn, die Fahrt erlebt Prof. Dr. Andres Kecskemethy
Foto: Stephan Eickershoff
Von wegen trockene Wissenschaft: Mit dem Roboter am Lehrstuhl für Mechatronik und Robotik werden rasende Achterbahnfahrten simuliert.

Duisburg. „Los geht’s“ ruft Prof. Dr. Andres Kecskemethy. Ein Mausklick auf dem Bildschirm des Rechners von Doktorand Sebastian Röttgermann und schon schwenkt Kuka KR500/1 TÜV seinen Roboterarm in die Höhe. An der Spitze ist ein Sitz montiert, auf dem der Professor angeschnallt ist. Über die Computer-Brille vor seinen Augen erlebt er eine wilde Fahrt über eine Achterbahn. Derartige Simulationen sind nur eine von mehreren spannenden Entwicklungen am Lehrstuhl für Mechatronik und Robotik der Universität Duisburg-Essen (UDE).

Wenn die Münchener Maurer SE eine neue Achterbahn plant, gehen die Stahlbauer auf Nummer sicher und binden ein von den Wissenschaftlern mitentwickeltes Layout-Programm ein, das nicht nur Bewegungen von Körpern im Raum berechnen kann, sondern auch die Kräfte, die auf sie wirken. Wer eine Achterbahn-Trasse konzipiert, sollte das wissen. „Es gilt, die physikalischen Gesetze und auch die gesundheitlichen Grenzen zu beachten“, erklärt Kecskemethy.

Die „Formula X“ im Freizeitpark Drievliet bei Den Haag ist so eine spektakuläre Konstruktion. „Das Layout-Programm“, sagt der Professor, „checkt die Daten für das komplette System“. Leichter gesagt, als getan bei einer Achterbahn. Eine Veränderung am Anfang der Trasse wirkt sich eventuell noch an deren Ende aus. „Jeder Sitz muss anders berechnet werden“, erläutert Sebastian Röttgermann – in seiner Promotion beschäftigt er sich mit dem Thema „Roboterbasierte Ride-Simulation“.

Kooperation bei der Achterbahn-Planung

„Ein klassisches Beispiel einer Mehrkörperdynamik“, nennt Andres Kecskemethy die Kooperation der Uni bei der Achterbahn-Planung. Ursprung der Zusammenarbeit ist eine Förderung der Stiftung Industrieforschung für ein Projekt, das sich der allgemeinen Problemstellung der Bahnplanung in Industrieanlagen widmete: „Die Hochschule liefert die Methode, die der Entwicklung als Grundlage dient.“

Neben virtuellen Fahrten sind auch physikalische Flugsimulator-Fahrten mit dem Roboter von Hersteller Kuka möglich (der Zusatz TÜV erlaubt den Personenbetrieb) – das Gerät war bei der Rückkehr von Kecskemethy nach Duisburg die „Berufungszusage“ der Uni für die Ausstattung des Lehrstuhls. Außer der UDE verfügen nur das Deutsche Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) und das Max-Planck-Institut Tübingen über einen Roboter dieses Typs zu wissenschaftlichen Zwecken.

Die Notwendigkeit, die Bewegungen von Körpern im Raum zu simulieren, geht zurück auf die Entwicklung erster Satteliten in den 1960er Jahren. „Wenn ein Satellit im All abgesetzt wird, Antennen ausfährt, dann muss das funktionieren, weil eine Reparatur nicht mehr möglich ist“, erklärt Andres Kecskemethy. Später – parallel stieg die Leistungsfähigkeit von Rechnern – kamen fahrdynamische Simulationen hinzu – die Entwicklung von Antiblockier-Bremssystemen (ABS) waren in den 1980er Jahren der Einstieg. Die Vorteile der Simulation: Sie ersetzt teure Fahrversuche und erlaubt die Konzentration auf die wesentlichen Parameter: „Wir müssen die Wirklichkeit nicht zu 100 Prozent abbilden“, so Kecskemethy.

Allerdings ersetzt die Testrunde im Sitz des Kuka-Roboters nicht den Nervenkitzel der real existierenden Achterbahn. Auf der „Formula X“ hat Andres Kecskemethy nach dem Bau schon selbst eine Runde gedreht. Und war mit dem Ergebnis, zu dem er beigetragen hat, zufrieden: „Es hat einen Riesenspaß gemacht.“

Die Muskeln verstehen

Neben der Robotik und der Mehrkörpermechanik ist die Biomechanik wichtiges Forschungsfeld am Lehrstuhl von Andres Kecskemethy. „Wir wollen verstehen, was sich immerhalb des menschlichen Muskel-Skeletts abspielt“, erklärt der Professor. „Das Ziel ist eine verbesserte individualisierte Diagnose.“ Es gehe darum, ein besseres Verständnis für das Zusammenwirken verschiedener Muskeln, Bänder und Sehnen zu entwickeln. Erst das ermögliche in der gemeinsamen Beratung von Orthopäden, Chirurgen, Physiotherapeuten die beste Entscheidung für die geeigente Behandlung eines Patienten. Die Forscher der UDE kooperieren dabei im Projekt „ReHab X“ mit Neurologen des Düssesdorfer Uni-Klinikums und der Essener MediClinic.

Neben einer Stiftungsprofessur soll die Arbeit mit einer weiteren festen Professur vorangetrieben werden, auch die EU fördert die Anstrengungen. Einen zweiten Projektantrag hat die UDE auf den Weg gebracht. Mit Auskünften ersten Zwischenergebnissen, die nach zweieinhalb Jahren vorliegen, ist Andres Kecskemethy mit Blick auf die wissenschaftlichen Mitbewerber zürückhaltend: „An diesem Thema wird derzeit an vielen Zentren gearbeitet.“ Ziel der „prädiktiven Biomechanik“, erläutert er, sei eine interdisziplinäre Darstellung von Konzepten in einer sogenannten „RehaBoard XBox“. Der Stand der Dinge? „Der Anwendungsfall wird kommen“, ist Prof. Dr. Andres Kecskemethy sicher, „aber wir können noch nicht sagen, wann.“

 
 

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