Münchner Forscher entwickeln automatische Herstellung hautähnlicher Sensoren
Anpassbare Sensoren sind in der Robotik und Prothetik Mangelware. Münchner Forscher haben nun ein automatisches Herstellungsverfahren entwickelt.
(Bild: Andreas Heddergott / TUM)
Ein Wissenschaftsteam des Münchner Instituts für Robotik und Maschinelle Intelligenz (MIRMI) der Technischen Universität München (TUM) hat ein automatisiertes Verfahren zur Herstellung von Softsensoren entwickelt. Die Sensoren können an beliebige Objekte angebracht werden und eignen sich besonders für die Anwendung in der Robotik und Prothetik.
Roboter und Prothesen benötigen Sensoren, um möglichst realistisch die sensomotorischen Fähigkeiten eines Menschen nachzuahmen. In Robotern sind Kraft- und Drehmomentsensoren häufig in den Aktuatoren integriert und liefern Rückmeldung über auftretende Kräfte, die dann zur Steuerung des Roboters verwendet werden. Diese Sensoren sind jedoch limitiert. Sie können nicht an beliebige Objekte angebracht und individuell angepasst werden. Ähnliches gilt für Prothesen, die angepasste Sensoren benötigen, um ein gezieltes Feedback zur Ansteuerung zu erhalten.
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Das Münchner Forschungsteam, das seine Arbeit in der Studie "Soft Sensing Skins for Arbitrary Objects: An Automatic Framework" darlegt, die in den Papers zur 2023 IEEE International Conference on Robotics on Automation (ICRA) erschienen ist, beschreibt darin ein Verfahren, wie weiche Sensoren in beliebiger Form und Größe für starre Objekte hergestellt werden können. Dabei handelt es sich um ein weiches, hautähnliches Material, das Objekte umschließen kann und Informationen über entstehende Drücke und Dehnungen zurückliefert.
Sensoren aus dem 3D-Drucker
Für die Herstellung der Sensoren haben die Wissenschaftler ein Verfahren entwickelt, das es ermöglicht, die sensorische Haut weitgehend automatisch herzustellen. Dazu wird mithilfe einer Software "die Struktur für die Sensorik" festgelegt. Diese Daten werden an einen 3D-Drucker gesendet, der die Sensoren ausdruckt. In flüssiges Silikon wird dazu eine schwarze, leitfähige Paste eingebracht. Diese Paste erhält ihren flüssigen Zustand, während das Silikon aushärtet.
Die so hergestellten Sensoren reagieren auf Druck und Dehnung. Sie verändern dabei ihren elektrischen Widerstand, den sie in Echtzeit etwa an Steuerungselektroniken weiterleiten. Diese Informationen können dazu genutzt werden, um beispielsweise eine künstliche Hand bei der Interaktion mit Gegenständen zu steuern. Die Haut mit den integrierten Sensoren lässt sich in beliebiger Größe herstellen und passt sich der Oberfläche, wie etwa den Fingern einer künstlichen Hand, an. Dabei sollen die Sensoren nach Angaben der Forscher "trotzdem verlässlich präzise Daten" liefern, um gezielt mit Objekten interagieren zu können.
Die Forschenden des MIRMI sind sich sicher, dass ihre Sensoren eine "anspruchvollere und feinfühligerge Interaktion" ermöglichen. "Diese Arbeit hat das Potenzial, Industrien wie die Robotik, Prothetik und die Mensch-Maschine-Interaktion generell zu revolutionieren, indem sie drahtlose und individualisierbare Sensorisierung für beliebige Objekte und Maschinen ermöglicht", sagt Sami Haddadin, einer der beteiligten Forscher des Projektes.
(olb)