Unser Tastsinn liefert uns nicht nur wertvolle Informationen über die Beschaffenheit von Materialien und Objekten, er hilft uns auch dabei, beim Handhaben von Gegenständen das richtige Maß an Kraft und Kontakt einzusetzen. “Wenn wir ein Objekt berühren, können wir durch Befühlen feststellen, um was es sich handelt”, erklärt Erstautor Subramanian Sundaram vom Massachusetts Institute of Technology (MIT). “Roboter haben diese Art des Feedbacks nicht. Bisher gibt es keine Sensorplattformen und große Datensätze, durch die Roboter die Tastinformation bekommen könnten, wie sie der Mensch bei Betasten von Objekten nutzt.” Das Problem: Bisherige Sensorhandschuhe sind extrem teuer und besitzen meist eine noch zu geringe Sensordichte. Robotern und lernfähigen Algorithmen stehen dadurch nicht genügend Daten zur Verfügung, um sich aus den Tasteindrücken ein stimmiges Bild zu machen.
Muster aus wachsenden und schrumpfenden Punkten
Das hat sich nun geändert. Denn Sundaram und sein Team haben einen Sensorhandschuh entwickelt, der aus einfachen, günstigen Komponenten besteht und dennoch eine große Menge an Tastdaten liefern kann. Basis des Handschuhs ist ein Textilmaterial, das mit einem leitfähigen, flexiblen Polymerfilm beschichtet ist. Dieser Film verändert bei Druck seinen Widerstand und damit seine Leitfähigkeit. Über diesem Film liegt ein Gitter aus 64 dünnen Elektrodenfäden, die sich an 548 Punkten der Hand- und Fingerinnenseiten kreuzen. Diese Punkte bilden die Tastsensoren, indem die Elektroden dort die jeweilige Veränderung der Leitfähigkeit im Polymerfilm abgreifen. “Jedes Sensorelement reagiert schon auf kleine Kräfte ab rund 25 Millinewton und erreicht dann jenseits von 0,8 Newton seine Sättigung”, berichten die Forscher. Obwohl dieser Handschuh damit hochaufgelöste Tastdaten liefere, bestehe er aus kommerziell erhältlichen Materialien, die insgesamt nur zehn US-Dollar kosten.
Wenn nun der Träger dieses Tasthandschuhs ein Objekt ergreift, registriert jeder Sensor den Druck, den dieses auf die Handfläche oder den Finger an dieser Stelle ausübt. Auf Basis dieser Daten erstellt ein Programm taktile Karten: Unterschiedlich große Punkte zeigen, wo und wie stark die Hand zugreift und wie sich dieses Muster bei wechselnden Griffen und Tastaktionen verändert. Auf diese Weise entsteht ein Video, das den charakteristischen Tasteindruck beim Befühlen des Objekts wiedergibt – und so seine Identifizierung ermöglicht. Denn ein in der Hand gehaltener Stift erzeugt beispielsweise ein anderes Tastmuster als eine Tasse oder ein Ball. Anhand dieser Muster lässt sich nicht nur erkennen, wie viel Druck welche Handregion ausübt, sondern auch, welche Bereiche beim Greifen und Betasten involviert sind, wie die Forscher erklären. Das wiederum erlaubt Rückschlüsse auf die Form und das Gewicht des Objekts.
