For­schungs­team erfin­det tak­ti­le Haut

Dr. Hyo­sang Lee, Lei­ter der Cyber-Val­ley-For­schungs­grup­pe zu intel­li­gen­ten tak­ti­len Sys­te­men am Insti­tut für Intel­li­gen­te Sen­so­rik und Theo­re­ti­sche Elek­tro­tech­nik der Uni­ver­si­tät Stutt­gart, ist an die­sem Pro­jekt maß­geb­lich betei­ligt und ver­rät im Gespräch mit der OT-Redak­ti­on die Hintergründe.

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OT: War­um braucht ein Robo­ter eine „Haut“, die dem Men­schen nach­emp­fun­den ist?

Dr. Hyo­sang Lee: Es gibt der­zeit kei­ne künst­li­che Robo­ter­haut, die bes­ser funk­tio­niert als die mensch­li­che Haut. Der sen­so­ri­sche Mecha­nis­mus der mensch­li­chen Haut ist ein sehr gutes Bei­spiel für die Kom­bi­na­ti­on von Sin­nes­or­ga­nen und tak­ti­ler Wahr­neh­mung. Wir haben daher ver­sucht, die­sen Mecha­nis­mus in unse­rer For­schung nachzuahmen.

OT: Wel­che Tech­no­lo­gie steckt hin­ter der Entwicklung?

Lee: Es gibt nicht die eine Tech­no­lo­gie, die alle Berei­che abdeckt, son­dern es ste­cken vie­le Tech­no­lo­gien dahin­ter, wie zum Bei­spiel die Her­stel­lung von pie­zo­re­sis­ti­ven Mate­ria­li­en, akus­ti­sche Rekon­struk­ti­on, Elek­tro­tech­nik, Simu­la­ti­ons­mo­del­le und Algo­rith­men für maschi­nel­les Ler­nen. Die­se Tech­no­lo­gien wer­den mit­ein­an­der kom­bi­niert, um schluss­end­lich eine tak­ti­le Haut zu erzeugen.

OT: Es gibt Forscher:innen, die bereits ver­sucht haben, eine gro­ße tak­ti­le Haut zu erstel­len, indem sie vie­le Sen­sor­ele­men­te ver­wen­det haben, die jeweils für einen Bereich zustän­dig sind. Wie unter­schei­det sich Ihr Ansatz davon?

Lee: Unser Ansatz nutzt Berech­nun­gen, um die Kom­ple­xi­tät des Hard­ware-Designs zu redu­zie­ren, was die Inte­gra­ti­on der tak­ti­len Haut auf Sys­tem­ebe­ne erleich­tert. Die­ser Ansatz ähnelt dem mensch­li­chen Mecha­nis­mus der tak­ti­len Wahr­neh­mung, bei dem die kogni­ti­ve Ebe­ne genutzt wird, um tak­ti­le Hyper­a­kui­tät zu erreichen.

OT: Wor­aus besteht die Haut?

Lee: Die Haut besteht außen aus einem Sili­kon­kau­tschuk und im Inne­ren aus Hydro­gel. Die äuße­re Sili­kon­gum­mischicht schützt die inne­re Hydro­gel­schicht vor dem Aus­trock­nen, so dass die Hydro­gel­schicht wei­ter­hin als Sen­sor­schicht fun­gie­ren kann.

Wie fühlt die Haut?

OT: Wel­che Berüh­run­gen kön­nen wahr­ge­nom­men wer­den und wie kom­men sie beim Men­schen an?

Lee: Die Sen­so­ren in unse­rer Haut neh­men Vibra­tio­nen und tie­fen sta­ti­schen Druck wahr, wie es auch eini­ge mensch­li­che Mecha­n­o­re­zep­to­ren tun. Es sei dar­auf hin­ge­wie­sen, dass die mensch­li­che Haut mehr Rezep­to­ren hat, die eine viel fei­ne­re und viel­fäl­ti­ge­re Wahr­neh­mung von Berüh­run­gen ermög­li­chen. Wir haben uns in unse­rer Arbeit dar­auf kon­zen­triert, grund­le­gen­de Emp­fin­dun­gen für ein­fa­che, aber wich­ti­ge Berüh­rungs­sze­na­ri­en nachzuahmen.

OT: Inwie­fern sind die For­schungs­er­geb­nis­se für die Ortho­pä­die-Tech­nik interessant?

Lee: Eine tak­ti­le Haut kann die Funk­ti­on von Pro­the­sen erheb­lich ver­bes­sern, da sie der Pro­the­se Kon­takt­in­for­ma­tio­nen lie­fern kann. Außer­dem ist die von uns ent­wi­ckel­te tak­ti­le Haut auf­grund von Elas­to­me­ren und Hydro­gel ähn­lich weich wie mensch­li­che Haut.

OT: Wie könn­te die künst­li­che Haut das Leben von Men­schen mit Pro­the­sen verändern?

Lee: Das Vor­han­den­sein eines tak­ti­len Gefühls wird es Men­schen mit Pro­the­sen ermög­li­chen, im täg­li­chen Leben rich­tig mit Kör­per­kon­takt umzu­ge­hen, z. B. bei der Hand­ha­bung von Gegen­stän­den, bei berüh­rungs­be­zo­ge­nen Ges­ten usw.

OT: Bei klei­ne­ren Ver­let­zun­gen schließt sich die Wun­de bei mensch­li­cher Haut meist von selbst. Wie ver­hält es sich bei Ihrer Entwicklung?

Lee: Die Tast­haut wächst noch nicht von selbst nach. Da die tak­ti­le Haut aus Sili­kon­elas­to­mer und Hydro­gel besteht, ist es aber rela­tiv ein­fach, die Beschä­di­gung mit zusätz­li­chen Mate­ria­li­en zu repa­rie­ren. Die­se ein­fach umzu­set­zen­de Pfle­ge ist wich­tig, um die Taug­lich­keit in der Pra­xis zu gewährleisten.

OT: Wie kam es zu der Zusam­men­ar­beit zwi­schen den For­schungs­teams aus Deutsch­land, den USA und Korea bei die­sem Projekt?

Lee: Ich habe in Korea über wei­che tak­ti­le Häu­te pro­mo­viert. Anschlie­ßend habe ich in Deutsch­land wei­ter an die­sem The­ma gear­bei­tet und mich mit Nach­wuchs­wis­sen­schaft­lern und dem Pro­jekt­lei­ter in Korea aus­ge­tauscht. An die­sem spe­zi­el­len Pro­jekt ist ein Exper­te für Hydro­ge­le aus den USA betei­ligt. Ich möch­te erwäh­nen, dass vie­le ande­re For­scher am Max-Planck-Insti­tut für Intel­li­gen­te Sys­te­me und am Korea Advan­ced Insti­tu­te of Sci­ence and Technol-
ogy an ver­schie­de­nen Pro­jek­ten zu die­sem tak­ti­len Haut-ansatz gear­bei­tet haben.

Markt­rei­fe fehlt (noch)

OT: Ist das Pro­dukt bereits marktfähig?

Lee: Die­ses Pro­jekt hat gezeigt, dass der vor­ge­schla­ge­ne Ansatz die funk­tio­na­len Aspek­te erfül­len kann. Aller­dings gibt es noch vie­le prak­ti­sche Pro­ble­me bei der Anwen­dung auf dem Markt. Wir arbei­ten noch an der Lösung der prak­ti­schen Probleme.

OT: Könn­te das Pro­dukt auch auf dem gesam­ten Kör­per Anwen­dung finden?

Lee: Wir haben die­ses Pro­jekt mit dem Ziel ent­wi­ckelt, den gesam­ten Kör­per abzu­de­cken. Theo­re­tisch ist es mög­lich, den gesam­ten Kör­per eines Robo­ters zu bedecken.

Die Fra­gen stell­te Pia Engelbrecht.