Britische Forscher der University of Bristol haben mit 3D-Druck Fingerkuppen für Prothesenarme entwickelt, die in der Lage sein sollen, Menschen mit einer Prothese die Fähigkeit des Fühlens wieder zurückzugeben. Würde das Konzept noch optimiert werden, könnten die 3D-gedruckten Fingerkuppen an Roboterhände angebracht werden, um Fabrikmaschinen sensorische Wahrnehmung zu verleihen. Wir stellen die Arbeit der britischen Forscher vor.

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Britische Forscher der University of Bristol haben künstliche Fingerspitzen entwickelt, mit denen Menschen, deren Hand amputiert wurde, Objekte durch Prothesen „fühlen“ sollen. Das „TacTip“-Gerät besteht laut einer Pressemitteilung aus einigen 3D-gedruckten Papillen, die jenen unter der Oberfläche unserer Haut ähneln. Es kann Formen erkennen und leitet diese Daten über künstliche Nervensignale weiter. Synthetische Fingerspitzen wie diese könnten dazu beitragen, den Griff von Menschen mit Handprothesen zu verbessern.

Professor Nathan Lepora vom Bristol Robotics Lab sagt:

„Die Möglichkeit, taktile Haut in 3D zu drucken, könnte Roboter schaffen, die geschickter sind oder die Leistung von Handprothesen erheblich verbessern, indem sie ihnen einen eingebauten Tastsinn verleihen.“

Im Journal of the Royal Society Interface haben die Forscher zwei Paper mit dem Titel „Artificial SA-I, RA-I and RA-II/vibrotactile afferents for tactile sensing of texture“ und „Artificial SA-I and RA-I afferents for tactile sensing of ridges and gratings“ veröffentlicht. Schon vor zwei Jahren hat ein Forscher der University Leeds seinen günstigen 3D-gedruckten T1-Prothesenarm vorgestellt, der Berührungen wieder spürbar machen soll.

Details zu „TacTip“

Querschnitt einer 3D-gedruckten Fingerkuppe
Die Forscher wollen mit 3D-gedruckten Fingerkuppen Menschen mit Prothesen die Fähigkeit des Fühlens wieder zurückgeben (im Bild: Querschnitt einer solchen 3D-gedruckten Fingerkuppe)(Bild © University of Bristol).

Für einen menschenähnlichen Tastsinn müssen Reize richtig interpretiert werden. Die menschliche Haut besteht aus einer komplizierten Mischung aus Schichten, Mikrostrukturen und sensorischen Rezeptoren, die vielen ihrer Kernfunktionen zugrunde liegen, vom Schutz unserer inneren Organe bis zur Ermöglichung des sensorischen Kontakts.

Die Forscher haben versucht, eine Roboter-Fingerspitze zu schaffen, die dermale und epidermale äußere Schichten der menschlichen Haut nachahmt, indem sie diese aus einem gummiähnlichen Material und einem weichen Elastomergel hergestellt haben. Das Gerät liegt in einem 3D-gedruckten Gehäuse. Entlang seiner Oberfläche befindet sich ein Netz aus Rippen und Knotenstiften, ähnlich wie Hautpapillen, durch die es sensorische Fähigkeiten erhält.

Die TacTip-Struktur erkennt die Verformung der Haut über die seitliche Bewegung von Markierungen an ihren Stiftspitzen. Winzige Kameras leiten die gesammelten Informationen weiter. Theoretisch können die optischen Markierungen langsam auf die sensorischen Reize abgestimmt werden, die der Körper an das zentrale Nervensystem und das Gehirn sendet. Dadurch wird das „Fühlen“ von Objekten wiederhergestellt.

Lepora sagt:

„Menschliche Tastnerven übertragen Signale von verschiedenen Nervenenden, den sogenannten Mechanorezeptoren, die den Druck und die Form eines Kontakts signalisieren können. Wir haben festgestellt, dass unsere 3D-gedruckte taktile Fingerspitze künstliche Nervensignale erzeugen kann, die wie Aufzeichnungen von echten taktilen Neuronen aussehen.“

Menschliche Berührungsexperimente

Die Forscher testeten ihr TacTip-Gerät, um dessen Fähigkeit zum Kraft-, Form- und Orientierungsfeedback zu ermitteln. Im ersten Test wurde die künstliche Fingerkuppe an einem sechsachsigen ABB-Roboterarm angebracht und zusammengedrückt. Diese zeigte dabei eine menschenähnliche Reaktion auf Druck mit einer etwas schnelleren Intensitätsspitze.

Roboterhand mit 3D-gedruckter Fingerkuppe am kleinen Finger
3D-gedruckte Fingerkuppe an Roboterhand(Bild © University of Bristol).

Bei dem Versuch, die Ausrichtung verschiedener unterschiedlich geformter Gitter zu erfassen, war das Gerät weniger empfindlich als natürliche Haut. Die Forscher gehen davon aus, dass die künstliche Haut dicker und weniger flexibel ist als natürliche Haut. Das TacTip-Gerät könnte nach Optimierungen an Roboterhände angebracht werden, um Fabrikmaschinen sensorische Wahrnehmung zu verleihen und den Griff zum Aufheben bestimmter Gegenstände anzupassen. Dadurch könnten sie Aufgaben automatisieren, die noch menschliche Berührung benötigen.

Lepora erklärt abschließend:

„Es gibt Anwendungen für diese Art von Technologie, von der Schaffung vollständig autonomer Fabriken der Zukunft bis hin zur autonomen Landwirtschaft. Anstatt dass Menschen Obst pflücken oder ernten, könnten wir Roboter dies tun lassen, und in futuristischeren Anwendungen könnten sie den Tastsinn von Handprothesen wiederherstellen.“

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