Forscher 3D-drucken gefühlsechte Roboter-Fingerkuppe

Ein Team von Wissenschaftlern der Universität Bristol ist dem Ziel nähergekommen, Robotern durch eine künstliche Haut einen Tastsinn zu verschaffen. Wie aus einer Mitteilung des Bristol Robotics Laboratory von Mittwoch hervorgeht, gelang es den Forschern, eine künstliche Fingerkuppe per 3D-Druck zu erstellen. Die Struktur der so geschaffenen künstlichen Haut ahmt dabei die dermalen Papillen menschlicher Haut nach.

Fehlender Tastsinn führt bei Robotern vielfach zu einer eingeschränkten Geschicklichkeit – etwa beim Aufnehmen und der Handhabung von Gegenständen. Deshalb haben Wissenschaftler der Fakultät für Ingenieursmathematik unter Leitung von Nathan Lepora, Professor für Robotik und künstliche Intelligenz, tastsensitive Haut aus dem 3D-Drucker erzeugt.

In den beiden Papern "Artificial SA-I, RA-I and RA-II/vibrotactile afferents for tactile sensing of texture" und "Artificial SA-I and RA-I afferents for tactile sensing of ridges and gratings", die im Journal of the Royal Society Interface veröffentlicht wurden, beschreiben sie ihre Forschungsarbeit. Dabei wollen die Wissenschaftler die komplexe innere Struktur der menschlichen Haut näher erforschen, die für den Tastsinn verantwortlich ist. "Die Möglichkeit, taktile Haut in 3D zu drucken, könnte Roboter schaffen, die geschickter sind, oder die Leistung von Handprothesen erheblich verbessern, indem sie ihnen einen eingebauten Tastsinn verleihen“, sagt Lepora.

Gefühlsechte Haut aus dem 3D-Drucker

Lepora und seine Mitforschenden druckten mithilfe eines speziellen 3D-Druckers, der sowohl weiche als auch harte Materialien mischen und verarbeiten kann, ein Netz aus nadelförmigen Papillen auf einer nachgiebigen künstlichen Trägerhaut aus. Solche 3D-Drucker werden eingesetzt, um komplizierte biologische Strukturen nachzubauen. Das Foto zeigt den starren weißen Kunststoffträger, an dem die schwarze Haut mit den Papillen angebracht ist. Die künstlichen Papillen sind den dermalen Papillen, die sich zwischen den äußeren epidermalen und inneren dermalen Schichten der Tasthaut des Menschen befinden, nachempfunden.

Die Forscher erzeugten mit der so geschaffenen Fingerspitze künstliche Nervensignale. Diese entsprachen nach Angaben der Wissenschaftler den Aufzeichnungen, die von echten, taktilen Neuronen erzeugt werden. Dabei griffen sie auf elektrische Nervenaufzeichnungen von Forschern aus dem Jahr 1981 zurück. Damals hatten diese erstmals solche Aufzeichnungen erstellt, um die "taktile räumliche Auflösung" des Tastsinns zu ermitteln. Lepora und seine Mitforschenden testeten ihre künstliche Fingerkuppe mit den gleichen damals verwendeten geriffelten Formen. Im Ergebnis entsprachen die Signale der künstlichen Haut weitgehend den damaligen Aufzeichnungen der echten menschlichen Haut. "Diese Aufzeichnungen sind sehr komplex, mit Hügeln und Senken über Kanten und Grate, und wir sahen das gleiche Muster in unseren künstlichen Tastdaten", sagt Lepora.

Dicke Haut, weniger Gefühl

Einschränkungen gäbe es aber trotzdem, räumt Lepora ein. Die Empfindlichkeit der künstlichen Haut sei eingeschränkt, sodass taktil weniger Details erfasst werden. Der Forscher sieht die Ursache in der Dicke der 3D-gedruckten Haut. Sie sei um ein Vielfaches dicker als menschliche Haut. Nun will das Team weitergehende Forschung betreiben, um feinere Strukturen ausdrucken zu können. Das soll bis auf mikroskopische Ebene geschehen, um die künstliche der menschlichen Haut ebenbürtig oder sogar besser zu machen, wie Lepora sagt.

(olb)