Nitinol

Nitinol ist eine spezielle Nickel-Titan-Legierung, die im US-Naval Ordnance Laboratory entwickelt wurde, daher der Name. Diese besitzt viele spezielle Eigenschaften, wie Bioverträglichkeit, hohe Flexibilität, Formgedächtnis etc. Für Roboter interessant ist die Eigenschaft, den Draht über Strom erhitzen zu können und dadurch eine schnelle Kontraktion des Drahtes zu erzielen, sobald eine Schwellentemperatur erreicht wird. Eine Gegenkraft dehnt den Draht wieder, sobald er abkühlt. Damit können zum Beispiel Beine von Robotern angetrieben werden. Für biologisch motivierte Bots (Insekten, Fische etc.) sehr interessant. Auch ein Servoersatz zum Auslösen für Aktionen oder zur Sensorbewegung für kleine Roboter ist denkbar.

Eine spezielle Art von Nitinol, Flexinol (R) oder Musclewire (R) genannt, ist für solche Aktuatoranwendungen optimiert und erlaubt eine Zyklenzahl > 10e6 bei richtigem Gebrauch.

Die Größenordungen

Der Flexinol-Draht, der in dem Stiquito-Roboter (siehe Links) verwendet wird, ist 0,1 mm dick, benötigt einen Strom von ca. 200 mA, hat ca. 150 Ohm/m und eine empfohlene Kraft 1,5N/150g (er kann auch um Einiges mehr ziehen, aber das reduziert die Zyklenzahl). Unter Raumtemperatur kann man ca. 1-1,5 Zyklen/s schaffen. (Quelle: Erfolgreich experimentieren mit Nitinol-Mini-Robotern, Fred Wagenknecht). Es gibt aber auch viel dünnere und dickere Drähte je nach Anwendung.

Anwendung mit elektrischer Aktivierung:

• Im Flugmodellbau wird es als Servoersatz für ultraleichte Modelle verwendet.
• Im Eisenbahnmodellbau, um Signale zu bewegen
• der Klassiker: Stiquito und Boris, sechsbeinige Roboter
• Mikroroboter, ich finde den Link nicht mehr, hatte einen 5-DM-Stück großen Achtbeiner gesehen
• Fischroboter, die durch Flexinol angetrieben werden. Siehe angehängtes Bild, durch die effektive Kühlung in Wasser ist die mögliche Zyklenzahl viel höher.

Verwechslung Nitinol, Flexinol®

Im Aktuator-Bereich wird eigentlich immer Flexinol (R) oder Musclewire (R) verwendet, eine spezielle Art von Nitinol; wird oft einfach auch Nitinol genannt. Dadurch kommt es zu Verwechslungen mit dem ca. 30x billigeren Material Nitinol, das für Aktuatoren nur begrenzt geeignet ist.

Verarbeiten von Flexinol

Der Draht ist extrem dünn und darf nicht gelötet werden. Crimp oder Schraubverbindungen in dieser Größenordnung sind Uhrmacherarbeit. Viele Tipps und Lösungen dazu finden sich im Diskussionsthread der RC-Groups, unter Links.

Meine (Autor bapou) Roboter Idee dazu: Wenn ich mal wieder Zeit habe, werde ich versuchen ein Sechsbeiner-Insekt ähnlich Boris zu konstruieren. Durch ein kleines Gesamtgewicht (<20 g je nach Sensor eventuell sogar <10 g) kann ich 0,03-0,05 mm Flexinol verwenden und so Strom sparen und die Zyklenzahl erhöhen. Über gegenläufige Aktuatoren (zwei pro Bein) wird die Zyklenzahl weiter erhöht und der Roboter kann vorwärts, rückwärts laufen, drehen etc. Wenn man das Beinanheben hoch genug bekommt, dürften auch Mini-Hindernisse kein Problem darstellen. Die Geschwindigkeit sollte bei 100 cm/min liegen und die Akkulaufzeit ca. 1 h. Als Sensor wollte ich eigentlich einen Sharp GP02D verwenden. Kann jemand wiegen wieviel der wiegt? Stromversorgung über LiPoly Akku, eventuell zusätzlich mit Solarzellen. Körper aus Depron und 0,5 mm dicker Platine, die gleichzeitig als Basis für die Elektronik für den SMD-Pic-Prozessor dient. Dazu eventuell noch Infrarot-Empfang zum Fernsteuern. Klingt vielleicht schwer, es so leicht zu bekommen. Die Technik wird aber dabei vom Mikro-Flugmodellbau geklaut. Diese schaffen es mit 2,8 g ferngesteuerte Flugzeuge zu bauen. Dagegen ist dieser Plan klobig.

Weblinks

• http://www.wundersamessammelsurium.de/Warmes/Nitinol/
• Zwei Flexinol Roboter
• Kleine Anleitung für einen BORIS-ähnlichen Flexinol Bot
• Die Orginalanleitung zu Stiquito (die jetzt in dem Stiquito Buch zu kaufen ist)
• Walking Robots mit Flexinol
• Bezugsquelle für größere Mengen
• Günstige USA Bezugsquelle

Autor bapou (Wiki Anpassung Frank)