Universelle taktile Sensorik mit elektromechanisch gekoppelten Leitern

Berührung oder taktiles Erfassen ist für eine Reihe realer Anwendungen von grundlegender Bedeutung, von der Robotik über die chirurgische Medizin bis hin zur Sportwissenschaft. Taktile Sensoren sind dem biologischen Tastsinn nachempfunden und können Forschern helfen, die menschliche Wahrnehmung und Bewegung zu verstehen. Ein neuer Ansatz zur Druckverteilungsmessung nutzt taktile Bildgebungstechnologie.

Der gebräuchlichste derzeitige Ansatz zur taktilen Bildgebung beinhaltet die Verwendung einer Anordnung von Sensoren, die aus druckempfindlichen Materialien bestehen; solche Arrays erfordern jedoch komplexe Herstellungsprozesse und begrenzen das Sensordesign. Der Druck zwischen zwei Leitern steht in direktem Zusammenhang mit dem elektrischen Kontaktwiderstand zwischen ihnen. Unter Verwendung dieser Beziehung wurde ein Sensor entwickelt, der aus einem Paar elektromechanisch gekoppelter Leiter besteht, wobei ein Leiter eine Antriebsfunktion hat und der andere die Sondenfunktion ausführt. Der Sensor kommt ohne druckempfindliche Materialien aus und ist einfacher herzustellen.

Diese Strategie ermöglichte die Entwicklung eines universellen taktilen Sensors zur Kontaktdruckverteilungsmessung unter Verwendung einfacher leitfähiger Materialien wie Kohlenstofffarbe. Das Designkonzept kombiniert Innovationen in der Mechatroniktechnologie – die die Entwicklung eines flexiblen Sensors basierend auf herkömmlichen, mit Elektroden verbundenen Leitern ermöglichte – mit einem tomographiebasierten Ansatz zur Bestimmung der Druckverteilung über die gekoppelten Leiter.

Das vorgeschlagene Verfahren verbesserte frühere auf elektrischer Impedanztomographie basierende taktile Erfassungstechniken, um Sensoren mit hoher Positionsgenauigkeit, einstellbarer Empfindlichkeit und Reichweite und einem relativ einfachen Herstellungsprozess bereitzustellen. Die Sensoren können unter Verwendung verschiedener leitfähiger Materialien einschließlich leitfähiger Stoffe und Farben realisiert werden. Es wurden flexible Sensoren vom Folientyp hergestellt, zusammen mit fingerförmigen Sensoren, die durch Beschichten von 3D-gedruckten Strukturen mit leitfähiger Farbe hergestellt wurden.

Die einfache Anpassung der Empfindlichkeit und des Erfassungsbereichs sowie die Genauigkeit der Druckschätzung bedeuten, dass dieser taktile Bildgebungsansatz voraussichtlich eine fortschrittliche Steuerung von Mehrzweckrobotern ermöglichen wird. Die Sensoren könnten in Bereichen wie der Fernbedienung von Geräten und der industriellen Automatisierung eingesetzt werden.