Elektronische Haut revolutioniert das Potenzial für den Einsatz von Robotern
Sie ist sensibel und dehnbar – eine neu entwickelte elektronische Haut könnte die Aufgabengebiete von Robotern erheblich erweitern. Sie ist biegsam, passt sich Bewegungen an und kann den Krafteinsatz auf die Bedürfnisse einstellen.
Viele Fachleute hoffen auf Pflegeroboter. Eine dehnbare elektronische Haut könnte ihren Einsatz verbessern.
Foto: panthermedia.net/Cerrophotography
Forschende der University of Texas in Austin haben eine bahnbrechende dehnbare elektronische Haut (E-Skin) entwickelt, die Robotern und anderen Geräten die gleiche Weichheit und Berührungsempfindlichkeit verleihen könnte wie menschlicher Haut. Diese Innovation eröffnet womöglich neue Einsatzgebiete für die Robotik, nämlich für Aufgaben, die ein hohes Maß an Präzision und Kraftkontrolle erfordern. Im Gegensatz zu bisherigen E-Skin-Technologien verliert diese neue Version auch nicht an Messgenauigkeit, wenn sie gedehnt wird. Projektleiter Nanshu Lu betont die Bedeutung der Dehnbarkeit: „Ähnlich wie die menschliche Haut sich dehnen und biegen muss, um sich unseren Bewegungen anzupassen, gilt dies auch für die E-Skin. Egal, wie sehr sich unsere E-Skin dehnt, die Druckreaktion ändert sich nicht, und das ist ein großer Erfolg.“
Elektronische Haut für sanfte Roboterpflege
Lu sieht die dehnbare elektronische Haut als entscheidende Komponente für eine Roboterhand, die dadurch fast genauso weich und empfindlich wird wie eine menschliche Hand. Dadurch könnte sie in der medizinischen Versorgung eingesetzt werden, wo Roboter unter anderem den Puls eines Patienten oder einer Patientin prüfen könnten, Pflegebedürftige waschen oder ein Körperteil massieren. Angesichts der demografischen Entwicklung und dem jetzt schon bestehenden Mangel an Pflegekräften könnten Roboter eine wichtige Rolle bei der effizienten und schonenden Pflege spielen.
Ein weiteres potenzielles Einsatzgebiet sehen die Forschenden in Katastrophen-Szenarien, etwa nach Erdbeben oder bei eingestürzten Gebäuden. Menschliche Rettungskräfte können hier nur begrenzt helfen, weil sie ihre eigene Sicherheit im Blick behalten müssen. Zahlreiche Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen beschäftigen sich daher damit, autonome Drohnen fit zu machen für Hilfseinsätze. Denkbar wäre eine Kombination mit der elektronischen Haut: Die entsprechenden Roboter würden so in die Lage versetzen, beispielsweise den Puls zu kontrollieren oder sogar eine einfache Erstversorgung vorzunehmen.
Roboter mit präziser Kraftkontrolle
Die E-Skin-Technologie erkennt den Druck bei Berührung und teilt der angeschlossenen Maschine mit, wie viel Kraft sie aufwenden muss, um zum Beispiel eine Tasse zu greifen oder eine Person zu berühren. Das ist kein neues Prinzip, aber herkömmliche E-Skin reagiert in der Regel auch darauf, wenn sie selbst durch eine Dehnung verformt wird. Anders gesagt: Es besteht die Wahrscheinlichkeit, dass solche Einflüsse die Messwerte verzerren. Eine Folge könnte es sein, dass der Roboter zu viel oder zu wenig Kraft für seine Aufgaben einsetzt oder bei kritischen Gesundheitsdaten falsche Ergebnisse übermittelt.
Entscheidend für die neue E-Skin ist aus Sicht der Forschenden daher ihre Fähigkeit, trotz Dehnungen präzise zu messen. Der Schlüssel zu dieser Entwicklung ist ein hybrider Reaktionsdrucksensor, der sowohl auf kapazitive als auch auf widerstandsbehaftete Druckarten reagiert – normalerweise werden Sensoren eingesetzt, die nur auf jeweils eine der beiden Druckarten reagieren. Diese Sensoren hat das Team perfektioniert. Zusätzlich haben sie die Innovation mit dehnbaren Isolier- und Elektrodenmaterialien kombiniert.
Vielfältige Anwendungsmöglichkeiten für Roboter
Die Dehnbarkeit der elektronischen Haut ermöglichte es den Forschenden, aufblasbare Sonden und Greifer zu entwickeln, die ihre Form ändern können, um eine Vielzahl von sensiblen, berührungsbasierten Aufgaben auszuführen. Die aufblasbare, in die elektronische Haut eingewickelte Sonde wurde bei menschlichen Probanden eingesetzt, um deren Puls und Pulswellen genau zu erfassen. Die entleerten Greifer können ein Becherglas festhalten, ohne es fallen zu lassen, selbst wenn eine Münze hineingeworfen wird. Das Gerät drückte auch auf eine knusprige Taco-Schale, ohne sie zu zerbrechen.
Die Forschenden arbeiten nun an konkreten Anwendungsmöglichkeiten. Dafür kooperieren sie mit Roberto Martin-Martin, Assistenzprofessor am College of Natural Sciences‘ Computer Science Department, um einen mit der E-Skin ausgestatteten Roboterarm zu bauen. Die Forschenden und die UT haben einen vorläufigen Patentantrag für die E-Skin-Technologie eingereicht. Außerdem suchen sie nach Industrieunternehmen, die an einer Zusammenarbeit interessiert sind – sie wollen die elektronische Haut schnell in Produkten zur Marktreife bringen.
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