Weiche Sensoren in der Robotik

Weiche Sensoren, die zwischen Scher- und Normalkraft unterscheiden können, könnten Maschinen die Feinsteuerung ermöglichen, die für eine sichere und effektive physische Interaktion mit Menschen erforderlich ist. Die Entwicklung von solchen Sensoren in Verbindung mit künstlicher Intelligenz steigert die Fähigkeiten von Robotern und macht sie lebendiger, was neue Möglichkeiten für die Zusammenarbeit zwischen Menschen und Robotern eröffnet. Dies ist wichtig, damit die Roboter intelligenter entscheiden können, welche Sensoren sie verwenden und wie sie auf verschiedene Situationen reagieren sollen. Da die Sensoren immer hautähnlicher werden und auch Temperatur und sogar Schäden erkennen können, müssen Roboter intelligenter entscheiden, auf welche Sensoren sie achten und wie sie reagieren sollen. Die Entwicklung von Sensoren und künstlicher Intelligenz muss daher Hand in Hand gehen.

Sarwar et al. (2023) haben einen kapazitiver Sensor entwickelt, der aus gemustertem Elastomer besteht und sowohl feste als auch gleitende Säulen enthält, die es dem Sensor ermöglichen, sich zu verformen und zu wölben, ähnlich wie die Haut selbst. Der Sensor unterscheidet zwischen einer gleichzeitig wirkenden Normalkraft und einer Scherkraft, indem er die Signale von vier verformbaren Kondensatoren summiert und differenziert. Darüber hinaus kann die Nähe der Finger in einem Bereich von bis zu 15 mm erkannt werden. Die Funktionsweise wird von den Forschern an einem einfachen Greifer demonstriert, der einen Becher hält, wobei die Kombination von Merkmalen und die einfache Herstellungsmethode diesen Sensor zu einem Kandidaten für die Implementierung als Sensorhaut für humanoide Roboteranwendungen machen.

Neue Sensoren können auf der Oberfläche einer Prothese oder eines Roboterglieds angebracht werden und ermöglicht es diesen, Berührungen wahrzunehmen und Aufgaben auszuführen, die bisher für Maschinen äußerst schwierig waren, wie etwa das Aufheben einer weichen Frucht. Darüber hinaus haben neue Sensoren eine weiche Textur, die sie wie menschliche Haut aussehen lässt, was eine sicherere und natürlichere Interaktion mit Menschen ermöglicht. Dadurch kann ein Prothesen- oder Roboterarm auf taktile Reize mit Geschicklichkeit und Präzision reagieren. also etwa zerbrechliche Gegenstände wie ein Ei oder ein Glas Wasser halten, ohne sie zu zerdrücken oder fallen zu lassen. Der Kern solcher Sensoren besteht aus Silikonkautschuk, einem Material, das in der Filmindustrie häufig zur Erzeugung spezieller Hauteffekte verwendet wird. Das einzigartige Design dieser Sensoren verleiht ihnen die Fähigkeit, sich zu biegen und zu falten, ähnlich wie die menschliche Haut. Solche Sensoren nutzen schwache elektrische Felder zur Erkennung von Objekten, auch aus größerer Entfernung, und ermöglicht es Robotern, sicher mit Menschen zu interagieren.

Literatur

Sarwar, Mirza S., Ishizaki, Ryusuke, Morton, Kieran, Preston, Claire, Nguyen, Tan, Fan, Xu, Dupont, Bertille, Hogarth, Leanna, Yoshiike, Takahide, Qiu, Ruixin, Wu, Yiting, Mirabbasi, Shahriar, Madden & John D. W. (2023). Touch, press and stroke: a soft capacitive sensor skin. Scientific Reports, 13, doi:10.1038/s41598-023-43714-6.
https://gagadget.com/de/science/342373-durchbruch-in-der-robotik-wissenschaftler-haben-zusammen-mit-honda-einen-sensor-entwickelt-der-der-menschlichen-h/ (23-10-29)