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Forscher entwickeln sensible Haut für Roboter

29.06.2011
Wärme oder sanfte Streicheleinheiten werden Roboter bald mit ihrer Oberfläche fühlen können.

Denn Forscher des Exzellenzclusters CoTeSys stellen an der TU München (TUM) jetzt kleine sechseckige Plättchen her, die miteinander verbunden eine sensible Haut für die „Maschinen mit Köpfchen“ bilden. Die wird ihnen nicht nur helfen, sich besser in ihrer Umgebung zurechtzufinden. Sie wird den Robotern auch erstmals erlauben, eine Vorstellung von sich selbst zu bekommen. Ein einzelner Roboterarm ist bereits teilweise mit den Sensoren bestückt und beweist, dass das Konzept funktioniert.

Unsere Haut ist ein Kommunikationswunder: Ihre Nerven vermitteln uns Temperatur, Druck, Scherkräfte und Vibrationen – vom feinsten Lufthauch über die Berührung bis zum Schmerz. Zugleich ist die Haut das Organ, mit dem wir uns von der Umwelt abgrenzen und zwischen Umwelt und Körper unterscheiden. Wissenschaftler der TU München entwickeln jetzt eine Kunsthaut für Roboter, die einen ähnlichen Zweck hat: Sie wird dem Roboter wichtige taktile Informationen liefern und so seine Wahrnehmung über seine Kameraaugen, Infrarotscanner und Greifhände ergänzen. Wie bei der menschlichen Haut könnte zum Beispiel die Art, wie die Kunsthaut berührt wird, zu einem spontanen Zurückweichen führen (wenn der Roboter an einen Gegenstand stößt) – oder dazu, dass die Maschine erst einmal mit ihren Kameraaugen nach der Ursache der Berührung forscht.

Ein solches Verhalten ist besonders wichtig, wenn Roboter als Helfer des Menschen in Umgebungen unterwegs sind, die sich ständig verändern. Aus Robotersicht ist das bereits eine normale Wohnung, in der laufend Gegenstände ihren Platz wechseln und in der sich Menschen und Haustiere bewegen. „Im Gegensatz zu den taktilen Informationen, die die Haut liefert, ist der Sehsinn eingeschränkt, denn Objekte können verdeckt werden“, erklärt Philip Mittendorfer, der als Wissenschaftler am Institut für Kognitive Systeme der TUM die Kunsthaut entwickelt.

Herzstück der neuen Roboterhülle ist ein gut fünf Quadratzentimeter großes, sechseckiges Plättchen. Auf der kleinen Platine stecken vier Infrarot-Sensoren, die alles registrieren, was einen Abstand von einem Zentimeter unterschreitet. „Wir simulieren damit leichte Berührungen“, erklärt Mittendorfer. „Das entspricht unserer Wahrnehmung, wenn wir mit der Hand vorsichtig über die feinen Härchen unserer Haut streichen.“ Hinzu kommen sechs Temperatursensoren sowie ein Beschleunigungssensor. Der erlaubt der Maschine, die Bewegungen der einzelnen Glieder, beispielsweise ihres Armes, genau zu registrieren und damit auch zu lernen, welche Körperteile sie gerade selber bewegt. „Wir versuchen hier, besonders viele verschiedene Sinnesmodalitäten auf kleinsten Raum zu packen“, erklärt der Ingenieur. „Außerdem sind die Platinen später leicht um weitere Sensoren zum Beispiel für Druck zu erweitern.“

Plättchen für Plättchen aneinander gesteckt gibt das Ganze ein bienenwabenartiges, flächiges Gebilde, das den Roboter vollständig überziehen wird. Damit die Maschine etwas merkt, müssen die Signale der Sensoren in einem Zentralrechner verarbeitet werden. Dazu leitet jedes Sensormodul nicht nur eigene, sondern als Knotenpunkt auch Daten anderer Sensorelemente durch. Dies geschieht automatisch und sorgt dafür, dass Signale alternative Wege gehen können, wenn einmal eine Verbindung kaputt gehen sollte.

Noch ist erst ein kleines Hautstückchen fertig: 15 Sensoren, mindestens einer auf jedem Segment eines langen Roboterarms, zeigen jedoch, dass das Prinzip schon funktioniert: Schon ein leichtes Tätscheln oder Pusten sorgt dafür, dass der Arm reagiert. „Wir werden die Haut schließen und einen Prototypen generieren, der völlig mit diesen Sensoren umschlossen ist und ganz neu mit seiner Umwelt interagieren kann“, gibt sich Mittendorfers Doktorvater Prof. Gordon Cheng überzeugt. „Eine Maschine, die selbst im Dunkeln merkt, wenn man ihr auf den Rücken tippt.“

Zukunftsweisend am Konzept sind jedoch nicht allein die Sinnesleistungen, sondern dass solche Maschinen es einmal mit einer unserer ureigensten neurobiologischen Fähigkeiten aufnehmen könnten: selber eine Vorstellung von sich zu gewinnen. Der Roboter ist ein Stück an den Menschen heran gerückt.

Kontakt:
Philipp Mittendorfer, Prof. Gordon Cheng
Lehrstuhl für Kognitive Systeme (Prof. Gordon Cheng)
Technische Universität München
über Tel. 089 289 25723 (Wibke Borngesser)
E-Mail: philipp.mittendorfer@tum.de

Dr. Ulrich Marsch | Technische Universität München
Weitere Informationen:
http://www.tum.de

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