Hochsensibler Tastsensor lässt Roboter „fühlen“

Robotik-Forscher der ETH Zürich (ETHZ) haben einen hochsensibel reagierenden Tastsensor entwickelt, der Maschinen ein noch feineres "Gefühl" beim Greifen gibt. [...]

Der Sensor ist sehr einfach konstruiert und damit günstig in der Herstellung, wie die Ingenieure betonen. Im Wesentlichen besteht er aus einer herkömmlichen Kamera sowie einer elastischen Silikonhaut, auf deren Unterseite farbige Mikrokügelchen aus Kunststoff angebracht sind.

Kräfteeinwirkung gemessen

Der neue Sensor funktioniert optisch: Berührt er einen Gegenstand, wird die Silikonhaut verformt. Dabei verändert sich auch das Muster der Mikrokügelchen, was die Fischaugenkamera auf der Unterseite des Sensors registriert. Aus dem Muster lässt sich dann errechnen, welche Kräfte auf den Sensor einwirken.

„Herkömmliche Kraftsensoren registrieren die einwirkende Kraft nur an einem einzigen Punkt. Wir können mit unserer Roboterhaut hingegen mehrere auf die Sensorfläche einwirkende Kräfte unterscheiden und diese hochauflösend und präzise bestimmen“, sagt ETHZ-Doktorand Carlo Sferrazza. „Außerdem können wir die Richtung bestimmen, aus der eine Kraft wirkt“, sagt der Wissenschaftler. Damit lassen sich also nicht nur die senkrecht auf den Sensor wirkenden Druckkräfte bestimmen, sondern auch quer wirkende Scherkräfte.

Versuchsdaten ausgewertet

Um zu errechnen, welche Verschiebungen der Mikrokügelchen von welchen Kräften herrühren, haben die Ingenieure einen umfangreichen Satz an Versuchsdaten genutzt: Sie testeten maschinengesteuert und somit standardisiert eine Vielzahl verschiedener Sensor-Berührungen, wobei sie den Ort der Berührung, die Krafteinwirkung und die Größe des berührenden Objekts genau kontrollierten und systematisch variierten. Mithilfe maschinellen Lernens gelang es ihnen, diese mehreren Tausend erfassten Berührungen präzise mit den Veränderungen des Kügelchen-Musters in Verbindung zu bringen.

Weil das elastische Silikon rutschfest ist und der Sensor Scherkräfte messen kann, eignet er sich gut, um damit Robotergreifarme auszurüsten. „Der Sensor würde erkennen, wenn dem Greifarm ein Objekt zu entgleiten droht, womit der Roboter seine Kraft anpassen könnte“, erklärt Sferrazza. Mit einem solchen Sensor könnten Forscher außerdem die Härte von Materialien testen oder Berührungen digital erfassen.

Als Wearables konzipiert, könnten Radsportler ihre Kraftübertragung auf das Fahrrad respektive die Pedale messen, genauso wie Läuferinnen die Kraftübertragung auf ihre Schuhe beim Joggen. Schließlich könnten solche Sensoren wichtige Informationen bei der Entwicklung von Berührungsfeedback zum Beispiel für Virtual-Reality-Spiele geben.