Fühlende Sensorhaut verleiht Robotern und Prothesen einen Tastsinn

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Mikrofluide helfen, eine menschliche Haut zu simulieren

Die neue dehnbare elektronische Haut wurde in der Washington Nanofabrication Facility von UW hergestellt. Sie besteht aus demselben Silikonkautschuk, der auch für Schwimmbrillen verwendet wird. Dieser Gummi ist mit winzigen Schlangenkanälen durchsetzt, die etwa halb so breit sind wie ein menschliches Haar. Darin befindet sich ein elektrisch leitfähiges Flüssigmetall, das beim Dehnen der Haut nicht wie massive Drähte knickt oder ermüdet, was zu einem Bruch führen könnte.

Wenn die Haut um einen Roboterfinger oder einen Endeffektor gelegt wird, werden diese mikrofluidischen Kanäle strategisch auf beiden Seiten des Fingernagels platziert. Dies soll die Biologie eines menschlichen Fingers nachahmen: Wenn ein Mensch einen Finger über eine Fläche gleiten lässt, wölbt sich eine Seite des Nagelbettes aus, während die andere Seite unter Spannung straff wird.

Dasselbe geschieht mit der um den Roboter- oder Prothesenfinger gewickelten Sensorhaut: Die mikrofluidischen Kanäle auf der einen Seite des Nagelbettes komprimieren, während die auf der anderen Seite sich ausdehnen. Wenn sich die Geometrie des Kanals ändert, ändert sich auch die Strommenge, die durch sie fließen kann. Das Forschungsteam kann diese Unterschiede im elektrischen Widerstand messen und mit den Scherkräften und Vibrationen korrelieren, die der Roboterfinger erfährt.

Die Datenauswertung simuliert den Tastsinn. Durch das Absetzen der Sensoren von dem Fingerteil, der am ehesten Kontakt herstellen kann, sind die Scherkräfte leichter von den normalen "Push" -Kräften zu unterscheiden, die auch bei der Interaktion mit einem Objekt auftreten, das mit anderen Hautlösungen der Sensorhäute nur schwer zu erreichen ist.

In Demonstrationen hat das Forscherteam gezeigt, dass eine mit dieser Sensorhaut ausgestattete Roboterhaut eine Vielzahl von feinmechanischen Tätigkeiten besser durchführen kann: etwa das Öffnen einer Tür, das Interagieren mit einem Telefon, das Schütteln von Händen, das Aufnehmen von Paketen, das Handhaben von Gegenständen und vieles mehr. Neuere Experimente hätten zudem gezeigt, dass die Haut winzige Vibrationen mit 800 Mal pro Sekunde wahrnehmen kann. Das wäre sogar besser als ein menschlicher Finger.

„Durch die Nachahmung der menschlichen Physiologie in einer flexiblen elektronischen Haut haben wir eine Sensibilität und Präzision erreicht, die mit der menschlicher Hände übereinstimmt, was ein wichtiger Durchbruch ist“, sagt Posner. „Der Tastsinn ist sowohl für prothetische als auch für Roboteranwendungen von entscheidender Bedeutung, und genau das schaffen wir letztendlich.“

An der Entwicklung war ein Forscherteam des College of Engineering der University of Washington, USA, und der UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science beteiligt. Ihre Entwicklung haben die Forscher in einem Paper im Fachjournal Sensors and Actuators A: Physical veröffentlicht.

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