E-Haut basierend auf dem menschlichen sensorischen Nervensystem

Ein neues künstliches Nervensystem wurde von Assistant Professor Benjamin Tee und Forschern an der National University of Singapore (NUS) entwickelt. Die neue Technologie wurde von Tee und einer Gruppe von Forschern und Wissenschaftlern aus dem Department of Materials Science and Engineering an der NUS Faculty of Engineering erstellt. Tee und sein Team haben das neue E-Skin für eineinhalb Jahre entwickelt, und er selbst hat an der Technologie seit vielen Jahren gearbeitet. Es war sein Ziel, eine Technologie zu schaffen, die Robotern und Prothesen ein besseres Gefühl für den Berührungssinn verleiht.

Das neue System wird Asynchronous Coded Electronic Skin (ACES) genannt, die Forschung und Entwicklung wurden am 18. Juli 2019 in Science Robotics veröffentlicht. Vor dieser Entwicklung hatten elektronische Hauten viele Drähte und waren anfällig für Schäden.

Die neue E-Haut hat den gleichen Berührungssinn wie menschliche Haut und ist ultra-hoch responsiv. Sie kann auch besser mit Schäden umgehen als reale Haut. Tee erklärte die Technologie und wie sie in einigen Aspekten überlegen ist gegenüber der Haut, die wir auf unserem Körper haben.

“Menschen verwenden unseren Berührungssinn, um jeden täglichen Aufgaben zu erledigen, wie zum Beispiel ein Glas Kaffee aufzunehmen oder einen Händedruck zu machen. Ohne ihn würden wir sogar unseren Gleichgewichtsinn beim Gehen verlieren. Ähnlich benötigen Roboter einen Berührungssinn, um besser mit Menschen zu interagieren, aber Roboter können heute noch nicht sehr gut Objekte fühlen.”

Die Forscher an der Universität verwendeten das menschliche sensorische Nervensystem als Modell. Das ACES-Elektronennervensystem detektiert Signale ähnlich wie das menschliche Nervensystem, aber das ACES hat ein Netzwerk von Sensoren und einen einzigen elektrischen Leiter. Dies ist anders als die Nervengruppen in der menschlichen Haut. Professor Tee sprach über die Gründe, warum die E-Haut nach dem menschlichen sensorischen Nervensystem modelliert ist.

“Das menschliche sensorische Nervensystem ist extrem effizient und funktioniert ständig, sodass wir es oft für selbstverständlich halten. Es ist auch sehr robust gegenüber Schäden. Unser Berührungssinn zum Beispiel wird nicht beeinträchtigt, wenn wir einen Schnitt erleiden. Wenn wir nachahmen können, wie unser biologisches System funktioniert und es sogar verbessern, können wir enorme Fortschritte in der Robotik erzielen, wo elektronische Hauten überwiegend angewendet werden.”

Das ACES-System ist schneller als das menschliche sensorische Nervensystem. Es kann Berührungen mehr als 1.000 Mal schneller detektieren. Es kann auch physische Kontakte zwischen verschiedenen Sensoren unterscheiden. Es kann dies in weniger als 60 Nanosekunden tun, was die schnellste Zeit für E-Haut-Technologie ist. Ein weiterer Vorteil der E-Haut ist, dass sie die Form, Härte und Textur von Objekten innerhalb von 10 Millisekunden erkennen kann. Sie kann dies tun, weil sie eine hohe Treue und Erfassungsgeschwindigkeit hat. Wie reale menschliche Haut ist die neue E-Haut robust gegenüber physischen Schäden. Haut, menschlich oder elektronisch, ist ständig mit der Außenwelt in Wechselwirkung, was viele Schäden verursacht. Da das ACES-System einen elektrischen Leiter mit unabhängigen Sensoren verwendet, sind die Hautschichten immer noch funktionsfähig, solange es mindestens eine Verbindung zwischen dem Sensor und dem Leiter gibt.

Diese neue Entwicklung in der Technologie kann in vielen verschiedenen Bereichen wie künstlicher Intelligenz, Prothesen und Mensch-Maschine-Schnittstellen eingesetzt werden. Professor Tee sprach über die Möglichkeiten.

“Skalierbarkeit ist eine kritische Überlegung, da große Stücke hochleistungsfähiger elektronischer Haut erforderlich sind, um die relativ großen Oberflächen von Robotern und Prothesen abzudecken. ACES kann leicht mit jeder Art von Sensor-Haut-Schichten kombiniert werden, zum Beispiel solchen, die Temperaturen und Feuchtigkeit erkennen, um hochleistungsfähige ACES-aktivierte elektronische Haut mit einem außergewöhnlichen Berührungssinn zu schaffen, die für eine Vielzahl von Zwecken eingesetzt werden kann.”

Diese Technologie wird weiterentwickelt, und es ist ein weiteres Feld, das sich schnell bewegt und erstaunliche Möglichkeiten hervorbringt. Es wird insbesondere in der Robotik nützlich sein, da dies der Bereich ist, in dem die meisten E-Haut-Anwendungen derzeit eingesetzt werden.