Elektronische Haut: „Körpergefühl“ für Roboter

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In der Industrie arbeiten Roboter bereits ohne Schutzzäune mit Menschen sicher zusammen. Für den Heimbereich oder in der Pflege aber ist noch mehr „Gefühl“ gefragt. Neue wabenförmige, elektronische Hautzellen könnten zukünftig dafür sorgen.

Pflegeroboter wie der „Pepper“ von Softbank trifft man nicht gerade häufig in Altenheimen an. Und wenn, dann unterhalten sie Senioren mit Gedächtnisspielen. Tatkräftigere Szenarien wie Essenaustragen oder Umbetten bleiben ihnen dagegen noch verwehrt. Auch weil die „Mensch-Maschinen-Schnittstelle“ im Falle eines direkten Körperkontaktes viel höhere Sicherheitsvorgaben als etwa in der Industrie erfüllen muss.

Die Grundvoraussetzung dafür ist, dass Roboter ihre Umgebung und die Menschen in Echtzeit „spüren“. Das setzt aber eine Unmenge an Sensoren voraus, die das System schnell an die Grenze der Rechenkapazität bringen.

Um das zu umgehen, bedienen sich Forscher der Technischen Universität München (TUM) biologischer Vorbilder. Ihre künstliche Roboterhaut besteht aus einzelnen sechseckigen Zellen mit der Größe einer Zwei-Euro-Münze.

In jeder steckt ein Mikroprozessor und eine Reihe unterschiedlicher Sensoren, die Berührung, Beschleunigung, Annäherung und Temperatur messen. Damit können Roboter ihre Umwelt viel detaillierter und feinfühliger wahrnehmen. Und so den eigenen Bewegungsablauf optimieren sowie gleichzeitig einen „feinfühligeren“ Umgang mit den Menschen pflegen.

Elektronische Haut imitiert unser Nervensystem

Um den Rechenaufwand um bis zu 90 Prozent zu reduzieren, werden die Zellen aber nicht permanent sondern ereignisbasiert überwacht. Sie geben dabei die Sensorinformationen nur bei sich ändernden Messwerten weiter. Unser Nervensystem arbeitet ähnlich. So spüren wir etwa einen Hut in dem Moment, in dem wir ihn aufsetzen. Danach vergessen wir ihn. Erst wenn er uns vom Kopf fällt erinnern wir uns wieder an ihn. Auf diese Weise bleibt uns immer genügend „Rechenkapazität“, um auf neue Eindrücke reagieren zu können.

Dem menschengroßen, autonomen Roboter H-1 vom TUM mit seinen 1260 Zellen und mehr als 13.000 Sensoren an Oberkörper, Armen, Beinen und Fußsohlen verleiht dieses Konzept ein ganz neues „Körpergefühl“. Es lässt ihn auf Unebenheiten am Boden reagieren, auf einem Bein balancieren und eben auch einen Menschen ohne Risiko umarmen. Bei Letzterem hat er schließlich an vielen verschiedenen Punkten Kontakt mit der Person und muss aus diesen komplexen Informationen sehr schnell die richtigen Bewegungen und den passenden Kraftaufwand berechnen.

Die elektronische Haut vom TUM ist besonders robust und variabel, da sie nicht aus einem Stück, sondern aus vielen Zellen besteht. Aus diesem Grund bleibt auch beim Ausfall einzelner Zellen die Funktionsfähigkeit voll erhalten. Das gesamte System lässt sich zudem problemlos und schnell auf alle möglichen Robotertypen anpassen.

Die National University of Singapore stellte kürzlich mit der „Asynchronous Coded Electronic Skin“ (ACES) ein Sensorsystem vor, das tausendmal schneller als der menschliche Tastsinn reagiert.

 

 

 

 

 

 

 

Roboter  H 1 (Bild: TUM).

Die erste aus einzelnen Zellen bestehende Haut für einen menschengroßen, autonomen Roboter. (Bild: TUM).