Stanford-Ingenieure entwickeln einen elektronischen Handschuh, der Robotern einen Tastsinn verleiht: Ein elektronischer Handschuh, der Roboterhänden etwas von der manuellen Geschicklichkeit verleiht, die Menschen genießen

Stanford-Ingenieure haben einen elektronischen Handschuh mit Sensoren entwickelt, der Roboterhänden eines Tages die Art von Geschicklichkeit verleihen könnte, die Menschen für selbstverständlich halten. Stanford-Forscher entwickelten die hautähnlichen Berührungssensoren, die es dieser Roboterhand ermöglichen, genau den richtigen Druck auszuüben, um einen Tischtennisball anzuheben und zu bewegen, ohne ihn zu zerquetschen.

In einem Papier- veröffentlicht Nov. 21 im Wissenschaft Robotics, Chemieingenieur Zhenan Bao und ihr Team zeigten, dass die Sensoren gut genug funktionieren, um es einer Roboterhand zu ermöglichen, eine zarte Beere zu berühren und einen Tischtennisball zu handhaben, ohne sie zu zerquetschen.

„Diese Technologie bringt uns auf den Weg, Robotern eines Tages die Art von Sensorfähigkeiten zu verleihen, die in der menschlichen Haut zu finden sind,“, sagte Bao.

Bao sagte, die Sensoren in den Fingerspitzen des Handschuhs messen gleichzeitig die Intensität und Richtung des Drucks, zwei Qualitäten, die für das Erreichen manueller Geschicklichkeit unerlässlich sind. Die Technik zur automatischen Steuerung dieser Sensoren müssen die Forscher noch perfektionieren, aber wenn sie es tun, Ein Roboter, der den Handschuh trägt, könnte die Geschicklichkeit haben, ein Ei zwischen Daumen und Zeigefinger zu halten, ohne es zu zerschlagen oder zu verrutschen.

Elektronik imitiert das Leben

Der elektronische Handschuh imitiert die Art und Weise, wie Schichten der menschlichen Haut zusammenarbeiten, um unseren Händen ihre außergewöhnliche Sensibilität zu verleihen.

Unsere äußere Hautschicht ist mit Sensoren ausgestattet, um Druck zu erkennen, Wärme und andere Reize. Unsere Finger und Handflächen sind besonders reich an Berührungssensoren. Diese Sensoren arbeiten in Verbindung mit einer Unterschicht der Haut, dem Spinosum, ein holpriges, mikroskopisch kleines Gelände aus Hügeln und Tälern.

Die Unebenheit ist entscheidend. Da unsere Finger berührt ein Objekt, die äußere Schicht der Haut bewegt sich näher an der spinosum. Eine leichte Berührung empfunden wird hauptsächlich durch die Sensoren nahe an den Kuppen. Intensiverer Druck zwingt die Außenhaut nach unten in die Täler des spinosum, Auslösen intensive Berührungsempfindungen.

Aber Messung der Intensität des Drucks ist nur ein Teil dessen, was die spinosum ermöglicht. Diese holprige Unterschicht hilft auch, die Druckrichtung zeigen, oder Scherkraft. Ein Fingerdruck nach Norden zum Beispiel, erzeugt starke Signale an den südlichen Hängen dieser mikroskopisch kleinen Hügel. Diese Fähigkeit, Scherkräfte zu spüren, ist Teil dessen, was uns hilft, ein Ei sanft, aber fest zwischen Daumen und Zeigefinger zu halten.

Postdoktorandin Clementine Boutry und Masterstudent Marc Negre leiteten die Entwicklung der elektronischen Sensoren, die diesen menschlichen Mechanismus nachahmen. Jeder Sensor an der Fingerspitze des Roboterhandschuhs besteht aus drei flexiblen Schichten, die zusammenarbeiten. Die obere und untere Schicht sind elektrisch aktiv. Die Forscher verlegten auf jeder der beiden gegenüberliegenden Oberflächen ein Gitter aus elektrischen Leitungen, wie Reihen in einem Feld, und drehte diese Zeilen senkrecht zueinander, um eine dichte Anordnung kleiner Sensorpixel zu erzeugen. Sie machten auch die untere Schicht holprig wie das Spinosum.

Der Gummiisolator in der Mitte hielt einfach die oberen und unteren Elektrodenschichten auseinander. Aber diese Trennung war entscheidend, denn berührungslos anliegende Elektroden können elektrische Energie speichern. Als der Roboterfinger nach unten drückte, Drücken der oberen Elektroden näher an den Boden, Die gespeicherte Energie nahm zu. Die Hügel und Täler der unteren Schicht boten eine Möglichkeit, die Intensität und Richtung des Drucks auf bestimmte Punkte auf den senkrechten Gittern abzubilden, ähnlich wie die menschliche Haut.

Zarte Berührung

Um ihre Technologie zu testen, platzierten die Forscher ihre dreischichtigen Sensoren auf den Fingern eines Gummihandschuhs, und ziehe den Handschuh auf eine Roboterhand. Letztendlich besteht das Ziel darin, Sensoren direkt in eine hautähnliche Hülle für Roboterhände einzubetten. In einem Experiment, sie programmiert ist, das Handschuhtragen Roboter-Hand sanft eine Beere zu berühren, ohne es zu beschädigen. Sie programmierte auch die behandschuhte Hand zu heben und einen Pingpong-Ball zu bewegen, ohne sie zu beschädigen, durch den Sensor unter Verwendung der geeignete Scherkraft zu erfassen, den Ball zu erreichen, ohne sie zu fallen.

Bao sagte, dass mit der richtigen Programmierung eine Roboterhand, die den aktuellen berührungsempfindlichen Handschuh trägt, eine sich wiederholende Aufgabe ausführen könnte, wie z. B. Eier von einem Förderband zu heben und sie in Kartons zu legen. Die Technologie könnte auch in der roboterassistierten Chirurgie Anwendung finden, wo eine präzise Berührungssteuerung unerlässlich ist. Aber das ultimative Ziel von Bao ist es, eine fortschrittliche Version des Handschuhs zu entwickeln, der automatisch genau die richtige Kraft aufbringt, um ein Objekt ohne vorherige Programmierung sicher zu handhaben.

„Wir können eine Roboterhand so programmieren, dass sie eine Himbeere berührt, ohne sie zu zerdrücken, aber wir sind weit davon entfernt, in der Lage zu sein, zu berühren und zu erkennen, dass es sich um eine Himbeere handelt, und es dem Roboter zu ermöglichen, sie aufzuheben," Sie sagte.

Quelle: news.stanford.edu, von Tom Abate