MIT kontrolliert Roboterhand mit Ultraschall-Gerät am Handgelenk
Das MIT hat die Bewegungserfassung von menschlichen Händen neu definiert. Kameras, Datenhandschuhe oder Muskelsignalerfassung werden dafür nicht mehr benötigt.
(Bild: MIT / Melanie Gonick)
Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben ein Steuerungsgerät entwickelt, das am Handgelenk getragen die natürlichen Bewegungen einer menschlichen Hand auf eine Roboterhand überträgt. Die Forscher nutzen dazu kleine Ultraschallsensoren, um die Handbewegungen zu erfassen. Bisherige Techniken über Kameras, Datenhandschuhe und Muskelsignalerfassung hatten sich als zu kompliziert oder ungenau erwiesen.
Die Bewegungen einer menschlichen Hand ergeben sich aus dem Zusammenspiel von etwa 34 Muskeln, 27 Gelenken und mehr als 100 Sehnen und Bändern. Um diese Bewegungen präzise erfassen und auf eine Roboterhand übertragen zu können, wurden bisher verschiedene Techniken entwickelt, die allerdings einige Nachteile aufweisen. So ist die Bewegungserfassung über Kameras komplex und anfällig für visuelle Störungen. Datenhandschuhe stören die Empfindungen und schränken außerdem die natürlichen Handbewegungen ein. Eine dritte Technik, die Handbewegungen über elektrische Muskelsignale erfasst, hat sich als störanfällig gegenüber Fremdsignalen und zu unempfindlich erwiesen, um auch subtile Bewegungen zu erfassen.
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Bewegungserfassung ĂĽber Ultraschall-Aufnahmen
Das Steuergerät des MIT hat etwa die Größe eines Smartphones und wird mit einem Band an der Innenseite des Unterarms oberhalb des Handgelenks befestigt. Es nutzt miniaturisierte Ultraschall-Sensoren, um die Bewegungen von Muskeln, Sehnen und Bändern des Handgelenks zu erfassen, wie die Forscher in der Studie „Hand tracking using wearable wrist imaging“ schreiben, die in Nature Electronics erschienen ist. Die Forscher machen über die Sensoren kontinuierlich Ultraschall-Aufnahmen des Zustands des Bewegungsapparates des Handgelenks. Mit den so erfassten unterschiedlichen Positionen von Muskeln, Gelenken, Sehnen und Bändern trainierten die Forscher eine Künstliche Intelligenz (KI), um daraus die tatsächlichen Bewegungen der Hand, etwa in Form von Gesten, in Echtzeit ableiten und auf eine Roboterhand übertragen zu können.
Die Forscher testeten das System an acht Probanden. Dabei konnten Handbewegungen meist präzise erkannt werden. Die Gebärden der 26 Buchstaben der US-amerikanischen Gebärdensprache erkannte das System problemlos. Auch andere subtile Bewegungsabläufe, wie etwa das Halten eines Stiftes, das Greifen eines Tennisballs, Pinch- und Zoom-Gesten, konnte das System erfassen, um damit eine Roboterhand und Aktionen in virtuellen Umgebungen steuern zu können. Das System erwies sich auch als präzise genug, um das Spielen eines Klaviers zu erfassen.
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Die MIT-Wissenschaftler sehen als Anwendungen für ihre Technik, neben der Steuerung von Prozessen in virtuellen Umgebungen, vor allem das feinmotorische Training humanoider Roboter. Mittels der mit dem Ultraschallarmband erfassten Bewegungsdaten einer menschlichen Hand können Roboterhände präzise auf die Ausführung schwieriger Aufgaben trainiert werden. Darunter fallen etwa medizinische Operationen oder komplexe Fertigungsprozesse, zu denen herkömmlicherweise eine hohe Feinmotorik benötigt wird.
(olb)
