Roboter können mit dem MEMS-Scanner dreidimensional sehen

| Redakteur: Hendrik Härter

Damit Roboter dreidimensional Sehen können, nutzen Foscher einen MEMS-Scannerspiegel.
Damit Roboter dreidimensional Sehen können, nutzen Foscher einen MEMS-Scannerspiegel. (Bild: gemeinfrei / Pixabay)

Damit Roboter ihre Umwelt räumlich wahrnehmen können, haben Forscher einen Microscannerspiegel entwickelt. Ähnlich wie beim menschlichen Sehen sollen Roboter Objekte erfassen können und so anspruchsvolle Aufgaben übernehmen.

Damit Roboter ein räumliches Verständnis ihrer Umwelt gewinnen, müssen sie mit Sensoren und Software für dreidimensionales Sehen ausgestattet sein. Doch um zu verstehen, wie wir Menschen unsere Umgebung wahrnehmen, ist es notwendig zu verstehen, wie das Zusammenspiel von Augen und Gehirn funktioniert. Im 17. Jahrhundert, also zu Zeiten von Isaak Newton, vermuteten einige Wissenschaftler, unsere Augen müssten selbst Licht erzeugen und aussenden, damit menschliches Sehen möglich wird. Sie lagen falsch – es genügt lediglich reflektiertes Licht zu empfangen und zu interpretieren. Doch den Gedanken des selbsterzeugten Lichts haben Forscher wieder aufgegriffen.

Ein Forscherteam am Fraunhofer IPMS verfolgt diesen Ansatz eines sogenannten scannenden Auges, um maschinelles Sehen in drei Dimensionen zu ermöglichen. Dazu verwenden die Forscher einen MEMS-Scannerspiegel, die zur gezielten Ablenkung von Licht verwendet werden. Diese kompakten mikromechanisch-optischen Bauteile mit integriertem Antrieb sind äußerst robust und zuverlässig. Zum heutigen Tag kann das Team um Dr. Jan Grahmann auf erfolgreiche Projekte mit über 50 unterschiedlichen Bauteilvarianten zurückblicken. Die Dresdner-Forscher haben den MEMS-Scanner in über zehn Jahren entwickelt.

Scannerauge erfasst Umgebung dreidimensional

Aktuell fokussiert sich das Entwicklerteam auf Design-Varianten für die industrielle Fertigung. Hier können Scannerspiegel in Automatisierungssystemen beispielsweise am Ende eines Roboterarms verbaut werden, so dass dem Roboter zu jedem Zeitpunkt bewusst ist, was in seiner Umgebung passiert, welche Arbeitsschritte er zu erledigen hat und wie die Qualität seiner Arbeit ist. „Ein Scannerspiegelmodul ist für den Roboter eine Art rasterndes Auge, welches in den drei Raumachsen hochauflösende Bilder aufnehmen kann“, erläutert Jan Grahmann.

„Unser Spiegel verteilt und detektiert Licht eines Lasers in zwei Dimensionen und erfasst gleichzeitig die Tiefe als dritte Dimension durch Laufzeitmessung des Lichts zwischen Objekt und Detektor, auch bekannt als Lidar (Light Detection and Ranging)“. Die Entwickler sind überzeugt, dass mit ihrer Scanntechnik ausgerüstete Produktionsanlagen oder Fahrzeuge ein verlässliches Verständnis ihrer Umgebung gewinnen können, um mit Objekten in dieser zu interagieren. Die Umfeldanalyse kann laut Fraunhofer-Forschern unter Einsatz einer breitbandigen Lichtquelle noch erweitert werden.

„Durchstimmbare Lichtquellen ermöglichen völlig neue Anwendungen, da durch eine Spektralinformation feste, flüssige oder gasförmige Stoffe nachgewiesen werden können. Hierbei ist entscheidend, dass örtlich nicht nur ein Lichtreflex eingefangen wird, sondern zusätzlich die Reflexionscharakteristik unterschiedlicher Stoffe aufgezeichnet und analysiert wird“, beschreibt es Jan Grahmann.

Somit lassen sich nicht nur Schadstoffe im Trinkwasser überwachen oder pharmazeutische Produkte auf ihre Qualität hin untersuchen, sondern man ist in der Lage, Industrieanlagen aus der Ferne zu überwachen. Das können beispielsweise Leckageprüfungen bei Pipelines oder die Detektion von Sprengstoffen sein.

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