Adaptronik für alle!

Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Betriebs­festigkeit und System­zuverlässigkeit LBF entwickeln im Projekt „Open Adaptronik“ einen frei verfügbaren Baukasten für hochpräzise Schwingungs­technik. Damit erhalten Anwender – von Hobby­bastlern bis hin zu kleinen Unternehmen – einfachen und preiswerten Zugang zu Methoden und Technologien, die bisher vor allem Industrie und Wissenschaft zugänglich sind. Erste repräsentative Beispiele entwickeln die Wissenschaftler für schwingungs­technische Komponenten an photonischen Systemen wie Kameraträgern und optischen Tischen. Dabei setzen sie auf lizenz­freie Software, handelsübliche Hardware-Bausteine – und die Mitarbeit von Nutzern des Baukastens.

„Hier setzen sich kreative Leute kritisch mit Technik auseinander und entwickeln völlig neue Ideen“, fasst Dirk Mayer, Leiter der Abteilung Zuverlässige Signal­verarbeitung und Struktur­überwachung am Fraunhofer LBF, die innovative Kraft der „Maker-Bewegung” zusammen. Die Maker-Bewegung entstand in den USA und etabliert sich seit einigen Jahren auch in Deutschland. Tüftler, Programmierer, Forscher entwickeln ihre eigenen, individuellen technischen Systeme und nutzen dafür Open-Source-Programmier-, Hardware oder Fertigungs­systeme, etwa Arduino-Mikro­controller oder den 3D-Druck. Interessante Anwendungen liegen dabei in der Kamera- oder Laser­technik, beispielsweise in Verbindung mit Flug­drohnen. Entsprechend groß ist in diesem Bereich das Interesse für leistungs­fähige, flexibel anpassbare und günstige Schwingungs­technologien – die sich im besten Fall in Eigenregie entwickeln lassen.

Die Darmstädter Wissenschaftler versprechen genau das zu liefern: einen kostenlos verfügbaren Baukasten für anspruchsvolle schwingungs­technische Probleme. Dieser bedient sich kosten­günstiger Soft- und Hardware-Komponenten, frei zugänglicher Fertigungs­technik und liefert darüber hinaus maß­geschneiderte Lösungen für individuelle technische Problem­stellungen.

Zentrales Element ist die webbasierte Wissens­plattform, die im Laufe des Projekts entstehen wird. Dabei unterstreicht Mayer deren inter­aktiven Charakter: „Wissenschaftler und Nutzer arbeiten über die Wissens­plattform gemeinsam am Baukasten – das kennt man beispielsweise aus der Linux- oder der Arduino-Szene.“

So füttern nicht nur die Wissenschaftler die Plattform mit Werkzeugen, Anleitungen und ersten Praxis­beispielen – dieses Sortiment deckt bereits die gesamte Kette von der Problem­analyse bis hin zur Entwicklung angepasster Hardware-Komponenten ab. Denn erst die Beiträge der Nutzer in Form von eigenen Anleitungen und Praxis­beispielen für ganz individuelle Entwicklungen erweckt die Wissens­plattform zum Leben. Eine wichtige Säule für den Erfolg der Plattform sieht Mayer im Dialog mit und unter den Nutzern: Ganz im Sinne einer Open-Source-Strategie sollen die einzelnen Teile des Baukastens gemeinsam mit Nutzern verbessert werden. Auch der Austausch zwischen Anbietern und potentiellen Kunden von Lösungen und Dienstleistern soll über die Plattform möglich sein.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Projekt „Open Adaptronik“ über drei Jahre im Rahmen der Förder­maßnahme „Open Photonik“. Ziel der Maßnahme ist es, am Beispiel der Photonik neue Formen der Zusammen­arbeit zwischen Wissenschaft und Wirtschaft mit Bürgern zu ermöglichen und damit zusätzliche Innovations­pfade und -potentiale zu erschließen. Die Maßnahme läuft im Rahmen des Programms „Photonik Forschung Deutschland“, sie ist Bestandteil der High-Tech-Strategie der Bundesregierung.

Mit dem Projekt „Open Adaptronik“ gehen die Darmstädter Forscher neue, in der Schwingungs­technik ungekannte Wege. Schwingungs­probleme zuverlässig zu vermessen und zu analysieren erfordert in der Regel Mess­technik im Wert von einigen tausend Euro. Das Konzept der LBF-Wissenschaftler setzt dagegen auf handels­übliche und günstige Sensorik, etwa MEMS-Sensoren, ohnehin vorhandene Geräte zur Daten­verarbeitung wie Smart­phones und passend angebotene lizenz­freie Software zur Daten­analyse. Damit reduzieren sich die Kosten für eine solche Analyse auf nur noch wenige Euro.

Im Anschluss an die Messung können sich Nutzer mit Hilfe des Baukastens ein Simulations­modell ihres Schwingungs­systems bauen. Dafür bieten die Wissenschaftler über die Wissens­plattform eine einfach zu verwendende Model- und Komponenten­bibliothek an. Das Simulations­modell dient dabei zweierlei: dem besseren Verständnis des Schwingungs­problems und als Grundlage für die Auslegung eines adaptronischen Systems. Ein adaptronisches System trägt nicht nur Lasten, sondern verfügt überdies noch über Sensoren und Aktuatoren. In Verbindung mit einer Regelung können sich adaptronische Systeme selbstständig an verschiedene Betriebs­umgebungen anpassen.

Auch hierzu gibt die Wissensplattform Anleitung: Nutzer erhalten von den Wissenschaftlern eine Auswahl geeigneter Sensoren, Aktoren und elektronischer Komponenten für ihre Aufgabe – allesamt kommerziell verfügbar wie etwa Verstärker aus dem Audiobereich oder Regelungen auf Arduino-Basis. Auch mechanische Komponenten werden in diesem Schritt ausgelegt – und zwar so, dass sie günstig produziert werden können, etwa mit 3D-Druckern in öffentlich zugänglichen FabLabs.

Zu den Profiteuren zählt Mayer auch kleine Unternehmen und Beratungs­dienstleister. Über die Wissens­plattform erhalten Mitarbeiter zunächst einen einfachen Einstieg in die Entwicklung maß­geschneiderter adaptronischer Systeme. Ist die erste Idee geboren oder der erste Prototyp entwickelt, unterstützen die Fraunhofer-Wissenschaftler auf dem Weg bis hin zum kommerziellen Produkt. Das Angebot umfasst dabei Wartung, Garantie, Support und Hilfe bei zeitkritischen und richt­linien­konformen Entwicklungen.

Und nicht zuletzt kommen die Maker auf ihre Kosten – jene, die laut Mayer „ihre eigene Zeit investieren und aktiv eigene Technik entwickeln, anstatt fertige Produkte zu konsumieren“. Der Projekt­partner „FabLab Darmstadt“ hilft Entwicklern bei der Umsetzung und Fertigung ihrer Ideen, der wirtschaftlichen Verwertung – und bei ihrer Firmengründung.

Fh.-LBF / DE