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12:03 30.05.2019
548 über die ganze Handinnenfläche verteilte Drucksensoren sorgen künftig vielleicht für Fingerspitzengefühl bei Prothesen und Robotern. Quelle: Subramanian Sundaram/MIT
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Cambridge

US-Wissenschaftler haben eine künstliche Handfläche entwickelt, die mit Hunderten Sensoren Berührungen und Druckstärke aufzeichnet. Auf einen handelsüblichen Strickhandschuh aufgebracht, erstellten die Forscher vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge damit typische Berührungslandkarten für den Umgang mit verschiedenen Alltagsobjekten wie Tassen und Klammern. Das Team um Subramanian Sundaram sieht Anwendungen bei Robotern, Prothesen und in der Erforschung der menschlichen Hand, wie es im Fachjournal „Nature“ schreibt.

„Während bei den Dehnbarkeitsanforderungen für elektronische Haut Fortschritte erzielt wurden, muss ein elektronischer Tasthandschuh, der große Datensätze erfassen kann, erst noch demonstriert werden“, schreiben die Forscher. Für ihre künstliche Handfläche verwendeten sie eine dünne Folie von 0,1 Millimetern Dicke, die auf jeder Seite von einem Netzwerk aus stromleitenden Fäden umgeben ist. Dieses Netzwerk ist nach außen mit einem Klebstoff und einer Folie aus Polyethylen isoliert.

Das Greifen unterschiedlichster Gegenstände gelingt mit den Sensoren. Quelle: Subramanian Sundaram/MIT

Die Kreuzungspunkte der Fäden bilden insgesamt 548 über die ganze Hand verteilte Drucksensoren, die ungefähr 150 Abstufungen zwischen 30 und 500 Millinewton erfassen können. Die Forscher ertasteten mit dem Handschuh 26 verschiedene Alltagsgegenstände, etwa Tassen, Dosen, Löffel, Scheren, Kugelschreiber und Radiergummis. Die Sensordaten speisten sie in ein neuronales Netzwerk ein, mit dessen Hilfe das System lernte, die Objekte anhand des charakteristischen Druckmusters zu erkennen. „Wir haben festgestellt, dass die taktilen Karten, die sich auf bestimmte Handhaltungen beziehen, mit einer Genauigkeit von 89,4 Prozent klassifiziert werden“, schreiben Sundaram und Kollegen.

Die Forscher erstellten dann eine Datenbank, in der die Druckmuster mit Bildern der Gegenstände verknüpft sind. Ihnen schwebt vor, mit ihrer Technologie etwa das Greifen einer Roboterhand durch die Kombination aus visuellen Informationen und Drucksensor-Daten präziser zu gestalten. Derzeit sind die verbindenden Drähte zwischen den Fingern noch hinderlich, aber auch hier denken die Wissenschaftler weiter: „Durch die drahtlose Übertragung von Daten von einem tragbaren Modul und mit einer kompakteren Verpackung wird der Nutzen um Bearbeitungsaufgaben erweitert, die eine erhebliche Mobilität erfordern.“

Die unterschiedlich druckempfindlichen Sensoren wurden auf einen handelsüblichen Strickhandschuh aufgebracht. Quelle: Subramanian Sundaram

„Menschen können Gegenstände gut handhaben, weil sie taktile Rückmeldung bekommen. Wenn man Objekte berührt, erkennt man durch das Fühlen, worum es sich handelt“, wird Sundaram in einer Mitteilung seines Instituts zitiert. „Wir wollten immer, dass Roboter das tun, was Menschen können, wie etwa Geschirrspülen oder andere Aufgaben. Wenn Roboter das tun sollen, müssen sie Objekte sehr gut handhaben können.“

In einem „Nature“-Kommentar sieht Giulia Pasquale vom Italian Institute of Technology in Genua eine Einschränkung des Systems: Derzeit werden pro Sekunde bis zu sieben Druckmuster aufgenommen. Diese Geschwindigkeit müsste für manche Anwendungen womöglich höher sein, schreibt Pasquale. Einen großen Vorteil der künstlichen Handfläche sieht sie jedoch in den niedrigen Materialkosten, die die Forscher auf etwa zehn US-Dollar (knapp neun Euro) beziffern. Dies könne für eine weite Verbreitung der Technologie sorgen. Pasquales Fazit: „Ich denke, dass der Handschuh in seiner gegenwärtigen Form oder in verbesserten Versionen spannende Perspektiven für Roboteranwendungen bietet.“

Von RND/dpa/Stefan Parsch

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