Forschende der University of Illinois Urbana-Champaign haben eine neue Methode entwickelt, um Roboter mit weichen Hautsensoren auszustatten. Diese aus thermoplastischem Urethan (TPU) gefertigten Pads bieten sowohl eine Schutzfunktion als auch taktile Sensoreigenschaften und lassen sich effizient mit 3D-Druck in nahezu beliebigen Formen herstellen.
Laut Joohyung Kim, Professor für Elektro- und Computertechnik an der Universität, sind solche Entwicklungen entscheidend für die sichere Mensch-Roboter-Interaktion:
„Roboter müssen sicher sein, wenn sie mit Menschen in Berührung kommen oder in deren Umgebung arbeiten. Weiche Hautmaterialien können dabei eine wichtige Rolle spielen, indem sie mechanische Nachgiebigkeit und Berührungssensitivität kombinieren.“
Druckbare Hautsensoren für Roboterarme
Wie in der Fachzeitschrift IEEE Transactions on Robotics beschrieben, bestehen die neu entwickelten Sensorpads aus luftdicht verschlossenen Kammern, die mit Drucksensoren verbunden sind. Wird das Pad zusammengedrückt – ähnlich wie ein Ballon – verändert sich das Luftvolumen und löst eine Reaktion im Drucksensor aus.
Im Vergleich zu herkömmlichen taktilen Sensoren, die oft aus komplexen elektronischen Arrays bestehen und teuer in der Herstellung sind, bietet die 3D-Druck-Technologie eine kostengünstige Alternative. „Diese Sensoren sind nicht nur langlebig, sondern auch individuell anpassbar – durch einfaches Umprogrammieren des 3D-Druckers lassen sich verschiedene Versionen für unterschiedliche Robotersysteme herstellen“, erklärt Kim.
Einsatzmöglichkeiten und Zukunftsperspektiven
Die Forschungsgruppe hat gezeigt, dass diese Sensorpads nicht nur als Sicherheitsmechanismus dienen – beispielsweise indem ein Roboterarm automatisch stoppt, wenn er eine Berührung in einem gefährlichen Bereich wahrnimmt – sondern auch als Eingabesystem genutzt werden können. Roboter könnten Berührungen und Klopfzeichen interpretieren, um Befehle zu empfangen.
Ein besonderer Vorteil der 3D-gedruckten Haut besteht darin, dass sie leicht austauschbar ist. Dies könnte insbesondere in Bereichen wie der Gesundheitsversorgung von Nutzen sein.
Kim sagt dazu weiter:
„In einer Krankenhausumgebung müssten Roboter mit weicher Haut regelmäßig desinfiziert oder deren Haut ersetzt werden. 3D-Druck ermöglicht eine kostengünstige Produktion und einen einfachen Austausch dieser Teile.“
Da taktile Eingaben bislang eine untergeordnete Rolle in der Robotik spielen, hofft Kim, dass diese Fertigungstechnik neue Forschungsinitiativen anregen wird:
„Computer Vision und Sprachmodelle dominieren derzeit die Mensch-Roboter-Interaktion, doch physikalische Interaktionen liefern essenzielle Daten. Unsere Technologie soll dazu beitragen, diese Lücke zu schließen.“
