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Fühlen mit Prothese

Künstliche Haut: Wenn Roboter Schmerz verspüren

| Redakteur: Hendrik Härter

Künftig sollen Roboter Temperaturunterschiede und Schmerzen über eine künstliche Haut wahrnehmen können. Aber auch Menschen mit Prothesen sollen wieder etwas fühlen können. Grundlage ist ein taktiler Sensor.

Wissenschaftler arbeiten an einer künstlichen Haut, mit der sich Schmerz fühlen lassen soll.
Wissenschaftler arbeiten an einer künstlichen Haut, mit der sich Schmerz fühlen lassen soll.
( Bild: gemeinfrei / Pixabay )

Sie ist das größte Organ, das wir Menschen haben: unsere Haut. Forscher wollen auch sie nachbilden, um die fünf menschlichen Sinne zu komplettieren. Sehen mit Kamera ist mittlerweile kein Problem. Auch der Geruchssinn lässt sich sensorisch abbilden. Hier haben Wissenschaftler taktile, olfaktorische und Gaumenempfindungen nachgeahmt.

Professor Jae Eun Jang (links) vom Fachbereich Informations- und Kommunikationstechnik (links) und M.S.-Ph.D. Promotionsstudent Minkyung Shim (rechts).
Professor Jae Eun Jang (links) vom Fachbereich Informations- und Kommunikationstechnik (links) und M.S.-Ph.D. Promotionsstudent Minkyung Shim (rechts).
( Bild: DGIST, Korea )

Im nächsten Schritt sollen taktile Sensoren weiter ausgebaut werden. Beispielsweise um den Druck zu messen, wenn ein Roboter ein Objekt greift. Solch einen taktilen Sensor haben Professor Jae Eun Jang im Department of Information and Communication Engineering Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST) in Korea entwickelt. Der Sensor ist in der Lage, Schmerzen und Temperaturen empfinden – ganz wie ein Mensch.

Batterieloser taktiler Sensor

Entstanden ist der taktile Sensor in Zusammenarbeit durch gemeinsame Forschung mit dem Team von Professor Cheil Moon im Department of Brain and Cognitive Science, dem Team von Professor Ji-woong Choi im Department of Information and Communication Engineering und dem Team von Professor Hongsoo Choi im Department of Robotics Engineering. Die Vorteile des taktilen Sensors: er verfügt über eine vereinfachte Sensorstruktur und misst gleichzeitig Druck und Temperatur, unabhängig vom Messprinzip und wie der Sensor auf verschiedene taktile Systeme angewendet werden kann.

Dabei konzentrierte sich das Forschungsteam auf die Zinkoxid-Nanodraht- (ZnO-)Technik, die als batterieloser taktiler Sensor eingesetzt wurde. Der Sensor erzeugt aufgrund seines piezoelektrischen Effekts elektrische Signale durch Druckerkennung. Eine Batterie wird folglich nicht benötigt. Außerdem wurde gleichzeitig ein Temperatursensor mit Seebeck-Effekt verwendet, damit ein Sensor zwei Aufgaben erfüllen kann. Das Forschungsteam stellte Elektroden auf einem flexiblen Polyimid-Substrat an, züchtete den ZnO-Nanodraht und konnte gleichzeitig den piezoelektrischen Effekt durch Druck und den Seebeck-Effekt (Thermoelektrischer Effekt) durch Temperaturänderung messen. Das Forscherteam hat außerdem eine spezielle Signalverarbeitungstechnik entwickelt, um Schmerzsignale zu erzeugen. Dabei wird das Druckniveau berücksichtigt, aber auch die stimulierte Fläche und Temperatur beurteilt.

Roboter können Schmerz spüren

Professor Jang: „Wir haben eine grundlegende Technik entwickelt, um Schmerzen auf einer künstlichen Haut effektiv erkennen zu können.“ Die Ergebnisse aus Nanotechnologie, Elektronik, Robotik und Hirnforschung sollen jetzt zusammenfließen und auf die elektronische Haut angewandt werden. Die Forscher versprechen sich so, dass Roboter künftig auch Schmerzen verspüren können. Aber auch Menschen mit Prothesen soll es wieder möglich werden, mit künstlichen Gliedmaßen etwas zu spüren.

Dieser Beitrag stammt von unserem Partnerportal Elektronikpraxis.

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