Tastsinn: Roboter-Haut mit Schmerzempfinden
Roboter sollen bald einen Tastsinn mit einer künstlichen Haut erhalten. Die Technologie trägt den Namen neuromorphic robotic e-skin (NRE-skin) und orientiert sich an biologischen Vorbildern. Anders als herkömmliche Sensorsysteme arbeitet die künstliche Haut nicht mit kontinuierlichen elektrischen Messungen, sondern mit impulsbasierten Signalen, wie Ars Technica berichtet(öffnet im neuen Fenster) .
Das flexible Polymermaterial enthält eingebettete Drucksensoren, die über leitfähige Polymere verbunden sind. Bei Berührung erzeugt das System kurze elektrische Impulse, deren Frequenz von der Intensität der Berührung abhängt. Dieser impulsbasierte Ansatz ahmt die Informationsübertragung biologischer Neuronen nach, unterscheidet sich in der konkreten Umsetzung aber von der Natur.
Jeder Sensor sendet einen eindeutigen Identifikationscode durch Variationen in Impulsform, Stärke und Dauer. Dieses Codesystem ermöglicht der Steuereinheit, sowohl den Druckwert als auch den genauen Ort der Berührung zu bestimmen. Zusätzlich übermitteln die Sensoren regelmäßig Statussignale, die ihre Funktionsfähigkeit bestätigen.
Schmerzerkennung und Reflexreaktionen
Das System verfügt über eine Verarbeitungsschicht, die eingehende Signale auswertet, bevor sie an übergeordnete Steuerungen weitergeleitet werden. Überschreiten die kumulierten Druckwerte einen voreingestellten Schwellenwert, erzeugt das System ein Schmerzsignal, das automatische Reaktionen auslösen kann. Dieser Mechanismus arbeitet unabhängig vom Hauptsteuerungssystem – vergleichbar mit spinalen Reflexen in echten Organismen.
In Demonstrationsversuchen zog sich ein mit der künstlichen Haut ausgestatteter Roboterarm zurück, wenn er potenziell schädlichen Druckwerten ausgesetzt wurde. Dasselbe System steuerte auch Gesichtsausdrücke eines Roboterkopfes, basierend auf Druckmessungen an einem angeschlossenen Arm.
Das Entwicklerteam ermittelte die Betriebsparameter durch empirische Tests. Sie wendeten Druckwerte an, die bei menschlicher Haut Schmerzen verursachen würden, und maßen die resultierenden Impulsfrequenzen. Diese Messungen bildeten die Grundlage für die Programmierung von Schmerzschwellen und Reflexauslösern.
Die künstliche Haut nutzt ein modulares Design mit Magnetverbindern, die elektrische Kontakte automatisch verbinden, wenn Segmente zusammengefügt werden. Jedes Modul sendet seine eindeutige Kennung, so dass das System Sensorpositionen kartieren kann. Bei Beschädigungen kann das betroffene Segment entfernt und ein Ersatz installiert werden.
Die aktuelle Implementierung konzentriert sich ausschließlich auf Druckerkennung. Echte Haut verarbeitet mehrere Arten sensorischer Erfahrungen, darunter Temperatur, chemische Reizstoffe und verschiedene Formen mechanischer Stimulation.
Die Arbeit erschien in den Proceedings of the National Academy of Sciences(öffnet im neuen Fenster) mit Details zu Sensordesign, Signalverarbeitungsarchitektur und Demonstrationsanwendungen. Wann die Technik kommerziell verfügbar sein wird, geht daraus nicht hervor.