Neu entwickelte elektronische Haut bringt humanoide Robotik voran

Fortschritte bei künstlicher oder elektronischer Haut sind von grundlegender Bedeutung für die Entwicklung humanoider Roboter, da die Haut uns Menschen den Tastsinn, die Fähigkeit, Temperatur und Schmerzen zu erkennen sowie viele andere wichtige Aspekte des Lebens verleiht. Der menschliche Körper verfügt über taktile Rezeptoren in der Haut, die es uns ermöglichen, Temperatur- oder mechanische Reize in elektrische Signale für das Gehirn umzuwandeln.

Es ist äußerst schwierig, diese Fähigkeiten in elektronischer Haut zu reproduzieren, und die heutigen Versionen sind nur in der Lage, Bewegung oder Temperatur separat zu erkennen. Bislang gibt es noch keines, das beides gleichzeitig tun kann wie die menschliche Haut.

Multimodale ionenelektronische Haut

Ein Forschungsteam der Stanford University hat eine neue, multimodale ionenelektronische Haut entwickelt, die genau das kann. Durch die Nutzung spezieller Eigenschaften der Ionenleiter gelang es dem Team, einfache Strukturen zu schaffen, die es der elektronischen Haut ermöglichen, gleichzeitig Temperatur und mechanische Stimulation zu messen.

Zum Team gehörten POSTECH-Professor Unyong Jeong und Dr. Insang You vom Fachbereich Materialwissenschaft und Werkstofftechnik sowie Professor Zhenan Bao. Die Ergebnisse wurden veröffentlicht in WissenschaftAm Nov. 20.

Vor dieser Entwicklung litt die elektronische Haut häufig unter großen Fehlern bei der Temperaturmessung, wenn mechanische Reize auf sie ausgeübt wurden. Das Team ließ sich von der menschlichen Haut inspirieren und entwickelte den Sensor mit Elektrolyten, da diese dafür verantwortlich sind, dass sich die menschliche Haut frei dehnen kann, ohne zu brechen. Das elektrolythaltige Ionenleitermaterial kann je nach Messfrequenz unterschiedliche messbare Eigenschaften aufweisen.

Auf diese Weise entwickelte das Team einen multifunktionalen künstlichen Rezeptor, der gleichzeitig ein Tastempfinden und eine Temperatur messen kann. Das Team konnte die Ladungsrelaxationszeit und die normalisierte Kapazität ableiten, zwei Variablen, die Temperatur und Bewegungen messen können, ohne aufeinander zu reagieren.

Der neu entwickelte künstliche Rezeptor hat viele potenzielle kommerzielle Einsatzmöglichkeiten, da er die Temperatur des angelegten Objekts und das Dehnungsprofil bei externen Reizen genau messen kann.

Humanoide Haut

Die multimodale ionenelektronische Haut könnte auf tragbare Temperatursensoren oder Roboterhäute angewendet werden, um sie humanoider zu machen.

Dr. Insang You ist Erstautor der Studie.

„Wenn ein Zeigefinger eine elektronische Haut berührt, erkennt die elektronische Haut den Kontakt als Temperaturänderung, und wenn ein Finger auf die Haut drückt, dehnt sich der hintere Teil des Kontaktbereichs und erkennt dies als Bewegung“, sagten Sie. „Ich vermute, dass dieser Mechanismus eine der Möglichkeiten ist, wie die tatsächliche menschliche Haut verschiedene Reize wie Temperatur und Bewegung erkennt.“

Jeong war der korrespondierende Autor.

„Diese Studie ist der erste Schritt, um die Tür für die multimodale elektronische Hautforschung unter Verwendung von Elektrolyten zu öffnen“, sagte Jeong. „Das ultimative Ziel dieser Forschung ist die Schaffung einer künstlichen ionenelektronischen Haut, die menschliche Tastrezeptoren und Neurotransmitter simuliert, was dazu beitragen wird, den Tastsinn bei Patienten wiederherzustellen, die aufgrund von Krankheit oder Unfällen ihr Tastgefühl verloren haben.“