Das deutsch – neuseeländische Startup PowerON beschäftigt sich mit der Entwicklung vollkommen flexibler Elektronikkomponenten für die nächste Generation von Robotern. Dabei hat das Team um Mitgründer Dr. E.-F. Markus Henke nichts Geringeres vor, als die Robotik, wie wir sie aus der klassischen industriellen Fertigung kennen, grundlegend zu revolutionieren.

Dazu will PowerON eines der grundlegenden Probleme der Robotik lösen. „Wir wollen Roboter menschlicher machen und ihnen das Fühlen beibringen.“ Denn noch immer ist es für Roboter schwer, sicher mit ihrer Umgebung in Interaktion zu treten und beispielsweise verschiedene zufällig geformte Objekte zu erkennen. Um dies zu ändern, beschäftigt sich PowerON mit so genannten multifunktionalen dielektrischen Elastomeren. Das sind flexible Materialen, die als künstliche Muskeln bioinspirierte Bewegungen ermöglichen, als künstliche Häute Roboter mit einem Tastsinn ausstatten können und sogar als eine Art bioinspiriertes Nervensystem, das Robotern Reflexe gibt, zum Einsatz kommen können.

Die Entwicklung weg von „großen metallischen, kalten und steifen Kollegen in der Fabrik,“ wie sie Dr. Henke bezeichnet, hin zu bionisch entworfenen Assistenzsystemen, die tagtäglich mit uns in verschiedenen Anwendungen in Interaktion treten, ist aus Sicht von PowerON, notwendig um brennende Probleme der Zukunft zu lösen, die sich aber bereits während der Pandemie gezeigt haben. „Wir haben in den letzten zwei Jahren deutlich gesehen, was mit Lieferketten passiert, wenn ganze Unternehmen aufgrund einer Pandemie schließen müssen“, sagt Dr. Henke, „Oder wie schlecht es um die Spargelernte steht, wenn sich keine Helfer finden lassen. Die dramatische Situation in der Pflege ist mittlerweile selbst für außenstehende offensichtlich.“ Aus der Sicht von PowerON besteht zukünftig ein sehr großes Potential, robotische Assistenzsysteme in vielen Anwendungen zum Einsatz zu bringen, in denen es heute noch nicht möglich ist. Dazu wird die flexible Technologie einen großen Beitrag bieten. „Es ist jetzt nicht so, dass wir Industrieroboter abschaffen wollen. Die machen ihre Jobs in den Fertigungsstrecken ausgesprochen gut. Aber wir wollen es ermöglichen, dass die großen Vorteile der Automatisierungstechnik auch der breiten Masse zur Verfügung stehen, eben durch bio-inspirierte Systeme, die sicherer mit uns zusammenarbeiten können.“

Und genau das soll die Nachgiebigkeit von Materialien in Kombination mit Elektronik ermöglichen. Dazu besitzt das Unternehmen in unterschiedlichen Bereichen ein breites Patentportfolio, das stetig erweitert wird. Derzeit arbeitet PowerON vor allem mit taktilen Oberflächen, die als Fingerspitzen in Robotergreifern zum Einsatz kommen und es diesen ermöglichen, unterschiedliche Oberflächen und Dinge ertasten zu können. Momentan wird aus den ersten Prototypen, zusammen mit einem Industriepartner, ein Demonstrator entwickelt, der das enorme Potential des taktilen Greifens zeigen wird. „Aus den Fingerspitzen werden wir im Anschluss ganze Häute entwickeln“, sagt. Dr. Henke. Mit diesen Häuten will PowerON ganzen Robotersystemen eine fühlende Oberfläche geben, so dass Anwender mit ihnen über Tasten und Gesten, ähnlich wie einer Hand auf der Schulter, in Kontakt treten können. Diese Funktion ist nicht nur als Sicherheitseinrichtung hilfreich, da der Roboter Folgen möglicher Kollisionen minimieren kann, vielmehr werden solche Häute die Art und Weise verändern, wie wir mit technischen Systemen in Echtzeit und ohne weitere Hilfsmittel in Interaktion treten. Durch eine ortsaufgelöste, taktile Sensorik werden Roboter dazu befähigt entsprechende Tastgesten zu erkennen und darauf zu reagieren.

Des Weiteren beschäftigt sich PowerON mit so genannten „künstlichen Muskeln“. Dabei handelt es sich um nachgiebige Materialien, die elektrische in Bewegungsenergie umwandeln und dabei ähnliche Eigenschaften haben wie biologische Muskeln. Das führt nicht nur zu einer sichereren, sondern auch zu einer angenehmeren haptischen Erfahrung, als es mit klassischen Aktoren, wie Motoren möglich wäre. Darüber hinaus bewegen sich diese Aktoren lautlos, was für einen körpernahen Einsatz vorteilhaft ist. Auch hier wurden zusammen mit Pilotkunden bereits erste Demonstratoren entwickelt und aufgebaut.

Das größte technologische Potential liegt laut PowerON allerding noch in der Zukunft. „Wovon wir am meisten begeistert sind, ist die Möglichkeit, durch eine geschickte Kombination von Aktoren und speziellen Sensoren, die wir „künstliche Neuronen“ nennen, Signale verarbeiten zu können und somit technische Systeme wie Roboter mit Reflexen und einer gewissen Autonomie auszustatten“, führt Dr. Henke aus. PowerON entwickelt autonome, nachgiebige Signalverarbeitungseinheiten, die direkt in flexible Strukturen integriert werden können und diese mit einer gewissen Intelligenz ausstatten. „Eine Funktionsintegration in dieser Tiefe, die mit einem Materialsystem alles von Sensor, über Aktor bis hin zur Signalverarbeitung abdeckt, funktioniert nach unserem bisherigen Wissensstand mit keiner anderen bekannten Technologie“, so Dr. Henke.

Als Basis aller Entwicklungen dienen Silikone mit unterschiedlichem Härtegrad, welche speziell für die jeweilige Art der Anwendung ausgewählt werden. So können kundenspezifische Lösungen geschaffen werden. Um die elektronischen Komponenten zu erzeugen, werden die Silikone mit verschiedenen Kohlenstoffverbindungen gemischt und gedruckt.

Neben der mechanischen Nachgiebigkeit besteht ein Vorteil der Technologie darin, dass Signale direkt dort registriert und verarbeitet werden können, wo sie auftreten und eine direkte reflexive Reaktion hervorgerufen werden kann. Die Detektion direkt am Ort der Berührung bietet zahlreiche Vorteile. So muss beispielsweise keine zusätzliche Sensorik in den Motoren und Gelenken von Robotern integriert werden, wie es heute oft üblich ist. Das größte Potential liegt wohl aber in der Erschließung von Anwendungen, mit denen heute noch keiner rechnet.

Nach Abschluss seiner Promotion an der TU Dresden war Dr. Henke zwei Jahre von 2015 bis 2017 als Postdoc am Bioengineering Institute der University of Auckland in Neuseeland tätig. Dort beschäftigte er sich mit flexiblen künstlichen Muskeln, künstlichen Neuronen und bioinspirierten Robotern. Dabei lernte er den heutigen COO des Unternehmens Dr. Ross Martin Green, einen bereits erfolgreichen Unternehmer aus Neuseeland, kennen. Aufgrund dessen Erfahrung in der Technologieentwicklung erkannte Dr. Green bereits frühzeitig auch das kommerzielle Potential der wissenschaftlichen Arbeiten und war schnell überzeugt, dass sich auch eine Weiterentwicklung lohnen wird. Ende 2015 kam PowerON’s jetzige CTO Dr. Katie Wilson für ihre Promotion nach Neuseeland und ergänzte das Team.

2017 kehrte Dr. Henke mit dem festen Entschluss nach Deutschland zurück, zusammen mit dem Team in Neuseeland ein Unternehmen im Bereich Soft Robotics aufzubauen. 2019 war es dann so weit. Mit der Unterstützung von Investoren aus Australien und Neuseeland sowie der University of Auckland konnte die PowerON Ltd. gegründet werden. Darüber hinaus erhielt das Gründerteam Unterstützung von Dresden|exist und der TU Dresden in Form eines exist-Gründerstipendiums. Das ermöglichte es dem Team auch in Europa Fuß zu fassen. Im Jahr 2020 wurde als Ergebnis dieser Förderung die PowerON GmbH als Tochterfirma in Dresden gegründet. Eine enge Kooperation mit beiden Universitäten besteht weiterhin und bietet eine gute Möglichkeit des gegenseitigen Austausches.

Bedingt durch die räumliche Entfernung zwischen Deutschland und Neuseeland ist PowerON bestens für eine digitale Zukunft aufgestellt. So werden wöchentliche konzernübergreifende Managementmeetings und Aufsichtsratssitzungen seit Tag 1 ausschließlich online durchgeführt. Was andere Unternehmen zu Beginn der Corona-Pandemie erst implementieren und lernen mussten, war für das Gründerteam von PowerON da bereits „best practice“.

Als junges Unternehmen sollte man nicht unterschätzen, welche Herausforderungen mit der Vergrößerung des Teams einhergehen. So bindet das Onboarding neuer Mitarbeiter besonders am Anfang eine Menge an freien Ressourcen, die nicht in andere Arbeitsfelder gesteckt werden können.

Die größte Herausforderung lag besonders zu Beginn darin, den universitären Hintergrund mit dem Schwerpunkt auf den Bereich der Forschung hin zur Produktentwicklung mit dem Fokus auf Customer-Benefits zu legen. Diese Transformation ist, besonders durch die Zusammenarbeit mit diversen Pilotkunden, sehr gut gelungen.