Wie der Roboter zum Designer wird

Schnell und sicher gleitet der Roboterarm über den Stoff und zeichnet kurvige Linien, die sich zu einem Motiv fügen. Gesteuert von einem generativen Code, führt der Roboter die Arbeit des Designers und des Druckers zugleich aus. Die Technologie wurde von Yokai Studios entwickelt und im Workshop am 29. September 2021 in der Tabakfabrik in Linz demonstriert.

Ein Text von Hildegard Suntinger.

Michael Wieser (29) und Viktor Weichselbaumer (32) lernten sich in einer Lehrveranstaltung an der Kunstuniversität Linz kennen. In einem gemeinsamen Projekt dachten sie darüber nach, wie sie die verschwenderische und ausbeuterische Modeindustrie revolutionieren könnten. Sie ersannen ein holistisches Produktionssystem, das die Fertigung von Kleidung wieder zurück in die Absatzmärkte bringen könnte – und in die Städte: Urban Manufacturing! Eine vielversprechender Kandidat schien ihnen der Roboter mit seiner Fähigkeit, repetitive Aufgaben zu automatisieren. Den proof-of-concept haben sie schon erbracht. Förderungen ermöglichen ihnen, ihre Forschung und Entwicklung voranzutreiben. Derzeit sind sie im Programm Scale-Up des oberösterreichischen Inkubators Tech2b, der Mentoring, Arbeitsplatz und Netzwerk bietet.

Ihren Arbeitsplatz haben sie am Gelände der Tabakfabrik in Linz, in der Grand Garage, die als Ort der Innovation und Vernetzung konzipiert ist. Auch der Workshop findet hier statt. Die Teilnehmer kommen fast ausschließlich aus der Kreativindustrie – aus Siebdruck, Weberei, Graphik, Industriedesign. Im Workshop erhalten sie zuerst eine Einführung in System und Procedere und realisieren dann ihr eigenes Motiv auf einem T-Shirt, das sie am Ende mit nach Hause nehmen dürfen. Die Shirts sind aus hochwertiger Baumwolle von Das Merch, einem Linzer Label, das in Portugal fair produziert und seinen Sitz ebenfalls in der Tabakfabrik hat.

Print-Performance

„Der Printroboter war das erste Produkt unserer Entwicklungsarbeiten und ist immer noch sehr relevant in unserem Schaffen, weil er zeigt, dass Designelemente in der Verarbeitung mitgetragen werden könnten“, sagt Michael. Der Printroboter basiert auf einem Roboterarm und einem handelsüblichen 3D-Druck-Extruder, den sie modifiziert haben. „Damit erregten wir die Aufmerksamkeit von Eventagenturen, die das öffentlich vorführen wollten. Einstweiliger Höhepunkt war eine Performance in der City Centre Mall in Bahrain, wo wir an einem Wochenende 800 T-Shirts gedruckt haben“, erzählt Michael und lacht. Die Einnahmen aus dieser Aktion ermöglichten ihnen 2018 die Gründung. 

Der Printroboter war das erste Produkt unserer Entwicklungsarbeiten und ist immer noch sehr relevant in unserem Schaffen, weil er zeigt, dass Designelemente in der Verarbeitung mitgetragen werden könnten. 

Michael Wieser, Co-Gründer Yokai Studios

Industrieroboter

Ein normaler 3D-Drucker kann nur in den Achsen von X, Y und Z verfahren. Der dreidimensionale Ansatz von Yokai Studios erfordert mehr Wendigkeit. Deshalb verwenden sie einen sechsachsigen Roboterarm, der Positionen im Raum präzise anfahren kann und eine Geschwindigkeit von maximal zwei Metern pro Sekunde erreicht. Die beiden haben ein Vorführmodell der deutschen Kuka AG gekauft.

Die Aufgaben von Industrierobotern sind oft einfach und werden von Hand programmiert. Zum Beispiel erfordert Pick & Place nur eine manuelle Programmierung von vier bis fünf Punkten. Der Design- und Druckprozess von Yokai Studios enthält jedoch prozedurale Prozesse und lineare Verläufe. Wollte man die Linien einer Zeichnung mit der Hand programmieren, dann müsste man jeden Punkt einzeln bestimmen. Mit dem Environment im Grasshopper von Rhino kann dieser Programmierungsaufwand automatisiert werden. Hier gibt es ein PlugIn, in dem sich ein Patch Notes System befindet. Das sind Programmierblöcke mit gewissen Funktionen, die man zu einer Gesamtfunktion verbinden kann. „In einem dieser PlugIns muss man eigentlich nur bestimmen, was man zusammenbringen möchte, damit es dann selber den Verlauf der Linie errechnet und die Art wie der Roboterarm die Positionen abfahren muss“, erklärt Viktor.

Growth Algorithmus

Es handelt sich hierbei um einen Growth Algorithmus, der bewirkt, dass sich die Linie in einem begrenzten Feld ausdehnt und Muster bildet. Form der Begrenzung sowie Abstand und Länge der Linien sind beeinflussbar. So dass sich immer neue generative Linien bilden und keine der anderen gleicht. Das Ergebnis kann simuliert werden.

Fotomotive

Ein weiterer Designcode, den die Beiden entwickelt haben, basiert auf Parametern, die auf S/W-Graphiken beziehungsweise auf Grauwerte im Bild reagieren. Will man das Motiv abstrakter oder detaillierter gestalten, kann man die Parameter auch verstellen. Hier arbeitet Yokai Studios mit zwei vorgefertigten Codes, einem Ping Pong-Effekt und einer Spirale. Zunächst aber muss das Motiv manuell vorbereitet werden. Da der Code auf Grauwerte reagiert, muss ein Foto zum Beispiel im Open Source Programm GIMP in eine S/W-Graphik umgewandelt werden.

Im Ping Pong-Code werden die Punkte willkürlich gesetzt und deutlich mehr Punkte an den dunklen Stellen des Motivs. Das heißt, die Repräsentation des Bildes ergibt sich durch Kontrast. Die Spirale hingegen überlagert das Motiv und zeichnet saubere gerade Linien da, da wo weiße Bildfläche ist. 

Druck und Fixierung

Der Druck erfolgt mit einem 3D-Druck Filament, das aus einem flexiblen thermo-elastischen Polymer besteht. Das Material ist zähflüssig und etwas unflexibel, weshalb beim Absetzen die Gefahr des Abreißens besteht. Der Versuch, den 3D-Druck-Extruder mit einem Stift zu ersetzen, sei allerdings gescheitert, weil das Textil mit dem Stift mitgehe, erklärt Viktor. Nach Beendigung des Druckvorgangs wird das Motiv in der Heattransfer Presse bei 180 Grad für 15 Sekunden fixiert und kann dann problemlos der Belastung durch Tragen und Waschen widerstehen.

Holistischer Ansatz

Das generative Printdesign war, wie oben bemerkt, das erste Produkt ihrer Entwicklungen. Mittlerweile kann der Roboterarm den gesamten Fertigungsprozess ausführen – vom Schnitt über den Zuschnitt bis hin zur Fügetechnik. Das erfordert verschiedene Werkzeuge, die der Arm auch schon handhaben kann: Schere, Greifer und 3D-Druck-Extruder. 

Der dreidimensionale Ansatz bedingt zunächst ein eigenes Schnittsystem, das den Vorteil hat, dass es unseren Bewegungsabläufen besser folgen kann. Ein weiterer Vorteil ergibt sich im Produktionsprozess, der die Möglichkeit der Simulation eröffnet. Dadurch werden mögliche Schwachstellen von Modellen schon auf dem Bildschirm offengelegt und die Anfertigung von Prototypen obsolet. 

Spezifisch am Roboterarm ist, dass er die Nähte durch ein sogenanntes Loma Bond (Local Manufactured Bonding) ersetzt. Eine Art Klebetechnik, ähnlich jener bei der Fertigung von Funktionsjacken. Dadurch kann die Fügetechnik im 3D-Modus – auf der Puppe erfolgen. Wenn die Technologie marktfähig ist, wird der Roboter innerhalb von Minuten ein individualisiertes Kleidungsstück herstellen können, das auch leistbar ist. 

Hürden

Den proof-of-concept haben die beiden schon erbracht. Aber im Moment sind noch manuelle Eingriffe notwendig. Eine weitere Herausforderung ist das Warten auf ein biologisch abbaubares 3D-Druck Filament. Zwar kann Loma Bond die verschiedensten Textilien verbinden, aber das verwendete Filament besteht aus Kunststoff und in der Kreislaufwirtschaft müssen Stoff und Filament aus dem gleichen Material sein. Die Forschung an Kunststoffen aus Algen ist bereits fortgeschritten und „wir sind guter Dinge, dass in naher Zukunft brauchbare Materialien auftauchen“, sagt Michael. Im Geschäftsmodell wollen sie sich noch nicht festlegen. Aber klar ist, dass es eine modulare und transportfähige Produktionsanlage sein soll, die nach Kundenwunsch skalierbar ist.