Nagertastsinn als Vorbild für Sensoren

Ratten gelten gemeinhin als Ungeziefer und stehen im Ruf, Krankheiten zu übertragen. Dass sie aber auch über enorme taktile Fähigkeiten verfügen, wird angesichts dieses Negativimages oft vergessen. Genau hier jedoch setzt die Arbeit der im Rahmen des EU-Projektes "Biotact" kooperierenden Neurobiologen, Informatiker und Robotikexperten aus insgesamt sieben Ländern an, berichtet das Technologiemagazin Technology Review in seiner Online-Ausgabe. Basierend auf Erkenntnissen über die Funktionsweise des Tastsinnes der norwegischen Ratte und der etruskischen Spitzmaus wollen die Wissenschaftler zwei Roboter mit künstlichen Tasthaaren entwickeln, die sich genauso wie das biologische Original bewegen, den Kopf recken und vor allem die Umgebung genauestens erkunden können.

Dass sich die Biotact-Forscher bei der Konstruktion biomimetischer Roboter ausgerechnet am Vorbild von Ratte und Spitzmaus orientieren, hat mehrere Gründe: Im Vordergrund steht die Biologie dieser Nager. Sie setzen ihre Tasthaare ein, um Objekte zu erkennen und deren Form und Oberflächenstruktur bestimmen zu können. Außerdem verfolgen sie so ihre Beute in der Nacht. Die Tiere sind in der Lage, ihre Tasthaare in schnellen Bewegungen vor- und zurückzubewegen. Bemerkenswert ist dabei die Geschwindigkeit, in der sensorische Signale in Entscheidungen umgewandelt werden und auch die rapide Ausführung der entsprechenden Aktionen. Die Zeitspannen, um die es hier geht, bewegen sich im Millisekundenbereich.

Bisher verfügt kaum ein Roboter über einen künstlichen Tastsinn. Das Gros der Maschinen nimmt seine Umwelt über Kameras und Infrarotsensoren wahr. Auch das Biotact-Vorgängerprojekt "Künstliche Maus" kann mit dem neuen Vorhaben nicht mithalten. Dort hatten die Forscher sich bei der Konstruktion eines Roboters zwar ebenfalls am biologischen Vorbild orientiert. Die Ausstattung des Roboters bestand aber nur aus wenigen passiven Barthaaren, die nicht gesteuert werden konnten. Damit der Aufwand für Elektronik und Mechanik bezahlbar bleibt, sollen die Roboterratten etwa viermal so groß wie eine normale Ratte werden, sagt Projektleiter Tony Prescott von der Universität Sheffield. Schwierig werde bei diesen Dimensionen die Auswahl des Materials für die künstlichen Barthaare. Denn die müssten stabil und leicht biegsam zugleich sein. Zur Zeit experimentieren die Forscher mit Fiberglas, Carbonfasern, verschiedenen Kompositmaterialien und Kunststoffen, die in der Flugzeugindustrie verwendet werden.

Bis zur Erstellung von funktionsfähigen Prototypen liegt aber noch eine Menge Arbeit vor den Wissenschaftlern. Derzeit ist man damit beschäftigt, eine theoretische Basis für die biomimetische Kontrolle der Orientierung zu schaffen. Ziel ist es zunächst, die hirnphysiologischen Vorgänge bei der Kontrolle der Tasthaaraktivitäten und der tasthaargelenkten Kopfbewegungen am biologischen Vorbild zu studieren. Außerdem wollen die Wissenschaftler ein Verständnis dafür erhalten, wie die Integration von Tasthaarinformationen bei Tieren, die nach einem Angriffsziel suchen, funktioniert. Auf dieser Grundlage sollen computergestützte Modelle entwickelt werden, die genutzt werden können, die Daten zu erklären und die Tasthaar- und Orientierungsbewegungen der Roboter zu kontrollieren.

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(bsc)