Fühlende Sensorhaut verleiht Robotern und Prothesen einen Tastsinn

| Redakteur: Sebastian Gerstl

Die Sensorhaut, die von den Ingenieuren der University of Washington und der UCLA entwickelt wurde, kann um einen Finger oder einen anderen Teil eines Roboters oder einer Prothese gewickelt werden und diesen somit eine Art Tastsinn zu vermitteln.
Die Sensorhaut, die von den Ingenieuren der University of Washington und der UCLA entwickelt wurde, kann um einen Finger oder einen anderen Teil eines Roboters oder einer Prothese gewickelt werden und diesen somit eine Art Tastsinn zu vermitteln. (Bild: UCLA Engineering / University of Washington)

Forscher der University of Washington haben eine flexible „Sensorhaut“ entwickelt, die es erlaubt, präzise Informationen über Scherkräfte und Vibrationen wahrzunehmen und zu vermitteln. Dies soll Roboter- und Prothesenhände in die Lage versetzen, auch feinfühlige Arbeiten wie das Kochen eines Eies oder die Demontage einer Bombe zu verrichten.

Wenn ein Roboter eine Bombe am Straßenrand deaktivieren soll muss er in der Lage sein zu spüren, wenn Objekte aus dem Griff rutschen. Ähnliches gilt auch für den behutsamen Umgang mit anderen empfindlichen Objekten - etwa der Handhabung eines Eies beim Kochen. Gerade Handgriffe in der Küche sind Dinge, die Menschen mit Handprothesen tagtäglich bewältigen müssen.

Doch bisher war es für die meisten Roboter- und Prothesenhände schwierig oder unmöglich, die Vibrationen und Scherkräfte genau zu erfassen, die z. B. beim Gleiten eines Fingers auf einer Tischplatte oder beim Herabfallen eines Objektes auftreten. Ein entsprechender „Tastsinn" fehlt diesen Geräten.

Ingenieure von der University of Washington und der UCLA Engineering haben nun eine flexible „Sensorhaut" entwickelt, die sich über jeden Körperteil eines Roboters oder einer Prothese spannen lässt, um präzise Informationen über Scherkräfte und Vibrationen zu vermitteln, die für das erfolgreiche Greifen und Manipulieren von Objekten entscheidend sind.

Die von der biologischen Haut inspirierte, teiltransparente Fläche imitiert die Art und Weise, mit der ein menschlicher Finger Spannung und Kompression beim Gleiten entlang einer Oberfläche oder bei der Unterscheidung zwischen verschiedenen Texturen wahrnimmt. Die Sensor-Robothaut soll nach Entwicklerangaben diese taktilen Informationen mit ähnlicher Präzision und Empfindlichkeit wie die menschliche Haut messen und als Daten an den Roboter selbst übermitteln. Dies dürfte die Fähigkeit von Robotern, feinfühligere Tätigkeiten von der Reinigung einer Küche bis hin zu chirurgischen und industriellen Eingriffen auszuführen, erheblich verbessern.

„Robotische und prothetische Hände basieren im Moment auf visuellen Hinweisen, wie z. B.'Kann ich meine Hand um dieses Objekt wickeln?' oder 'Berührt sie diesen Draht?'. Aber das sind offensichtlich unvollständige Informationen“, sagt Senior-Autor Jonathan Posner, Professor für Maschinenbau und Chemieingenieurwesen an der Universität von Washington. „Wenn ein Roboter einen improvisierten Sprengsatz zerlegen will, muss er wissen, ob seine Hand an einem Draht entlang gleitet oder daran zieht. Um ein medizinisches Instrument festhalten zu können, muss es wissen, ob das Objekt rutscht. Dies alles erfordert die Fähigkeit, Scherkraft zu spüren, was keine andere Sensorhaut gut kann.“

Einige Roboter verwenden heute mechanische Hände mit einzelnen, voll instrumentierten Fingern. Aber deren „Gefühl“ von Berührung beschränkt sich auf dieses Anhängsel. Die gesamte Apparatur tut sich in diesen Beispielen schwer, ihre Form oder Größe - wie stark geballt soll die Hand sein? - zu ändern, um verschiedene Aufgaben zu bewältigen.

Ein anderer Ansatz besteht darin, für den Roboter einen Anhangsdraht als Abtaster in eine Sensorhaut einzuwickeln. Dies ermöglicht zwar eine größere Flexibilität bei der Konstruktion. Einen entsprechenden Tastsinn, der eine Vielzahl an taktilen Informationen liefert, kann diese Methodik allerdings ebenfalls nicht ersetzen.

„Traditionell konzentrieren sich taktile Sensoren auf die Erfassung einzelner Modalitäten: Normalkräfte, Scherkräfte oder Vibrationen. Geschickte Manipulation ist jedoch ein dynamischer Prozess, der einen multimodalen Ansatz erfordert. Die Tatsache, dass unser neuester Hautprototyp alle drei Modalitäten beinhaltet, eröffnet viele neue Möglichkeiten für maschinell lernbasierte Ansätze zur Weiterentwicklung der Roboterkapazitäten ", sagt dazu Veronica Santos, Co-Autorin der zur Entwicklung gehörigen Studie und UCLA Associate Professorin für Mechanik und Luft- und Raumfahrttechnik.

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