For­schungs­team erfin­det tak­ti­le Haut

Sie ist weich und elastisch, kann Berührungen wie Drücken, Greifen und Streicheln wahrnehmen und sieht auf den ersten Blick täuschend echt aus. Ein Forschungsteam des Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) aus Daejeon hat in Zusammenarbeit mit dem Massachusetts Institute of Technology (MIT) und der Universität Stuttgart eine Roboterhaut entwickelt, die der des Menschen nachempfunden ist. Diese könnte künftig für humanoide Roboter, Service- und Pflegeroboter sowie für Prothesen genutzt werden.

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.

Dr. Hyo­sang Lee
Dr. Hyo­sang Lee ist aktu­ell Lei­ter der Cyber-Val­ley-For­schungs­grup­pe zu intel­li­gen­ten tak­ti­len Sys­te­men am Insti­tut für Intel­li­gen­te Sen­so­rik und Theo­re­ti­sche Elek­tro­tech­nik der Uni­ver­si­tät Stutt­gart. Zuvor war er in einem Post-Doc-Pro­gramm in der Abtei­lung Hap­ti­sche Intel­li­genz am Max-Planck-Insti­tut für Intel­li­gen­te Sys­te­me in Stutt­gart unter der Lei­tung von Dr. Kathe­ri­ne J. Kuchen­be­cker tätig. Er pro­mo­vier­te 2017 am Korea Advan­ced Insti­tu­te of Sci­ence and Tech­no­lo­gy (KAIST) im Bereich Maschinenbau. 

 

 

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