Neue elektronische Haut kann menschenähnlichen Tastsinn haben

• Asynchron kodierte elektronische Haut kann Druck, Temperatur und Feuchtigkeit mit extrem hoher Präzision und Reaktionsfähigkeit erfassen.
• Es kann Berührungen 1.000 Mal schneller erkennen als das menschliche sensorische Nervensystem.
• Es kann mit künstlicher Intelligenz integriert werden, um leistungsstarke Maschinen-Gehirn-Schnittstellen zu ermöglichen.

Wissenschaftler versuchen seit Jahren, Maschinen mit Tastsinn auszustatten. Sie haben intelligente, menschenähnliche Androiden und Prothesen mit elektronischen Skins ausgestattet, die es Skins ermöglichen, auf natürliche Weise und kollaborativ mit Menschen zusammenzuarbeiten, um verschiedene Strukturen in der Umgebung zu manipulieren.

Diese elektronischen Skins bestehen aus einer Vielzahl von Sensoren, um eine schnelle somatosensorische Wahrnehmung zu ermöglichen. Sie übertragen jedoch taktile Daten von Sensoren seriell, was zu Engpässen bei der Ausleselatenz führt.

Jetzt haben Forscher der Universität von Singapur die Asynchronly Coded Electronic Skin (ACES) mit ultrahoher Reaktionsfähigkeit und Robustheit entwickelt. Inspiriert vom Nervensystem kann ACES Druck, Temperatur und Feuchtigkeit erfassen. Es kann mit fast allen Arten von Sensorhautschichten kombiniert werden, um effektiv als elektronische Haut zu fungieren.

Wie es funktioniert?

Der menschliche Körper enthält fast 72 Kilometer Nerven, die Gehirn, Haut und Muskeln verbinden. In dieser Studie nutzten die Forscher das menschliche Nervensystem als Inspiration, um eine elektronische Haut für Roboter zu entwickeln.

Die Haut (ACES) besteht aus Siliziumschichten, die mit 249 Sensoren bedeckt sind. Es kann gleichzeitig thermotaktile Daten übertragen und dabei erstaunlich niedrige Ausleselatenzen beibehalten, selbst bei einer großen Anzahl von Sensoren (bis zu 10.000).

Referenz:ScienceMag | DOI:10.1126/scirobotics.aax2198 | Universität von Singapur

Sie demonstrierten Prototyp-Arrays von bis zu 240 künstlichen Mechanorezeptoren. Alle konnten Daten asynchron mit einer Latenzzeit von 1 Millisekunde übertragen, während eine zeitliche Präzision von weniger als 60 Nanosekunden beibehalten wurde.

Diese niedrige Latenz und ultrahohe Präzision ermöglichen es der elektronischen Haut, feine raumzeitliche Merkmale aufzulösen, die für eine schnelle taktile Wahrnehmung unerlässlich sind.

Bildnachweis:Mario Tama/Getty

Dies ist ein wichtiger Durchbruch, denn Forschern ist es erstmals gelungen, eine elektronische Haut zu bauen, die es mehreren Sensoren ermöglicht, an einen Empfänger Feedback zu geben und als ganzes System anstelle einzelner Elektroden zu agieren. Da Sensoren parallel geschaltet sind, kann das gesamte System auch bei Schäden an den einzelnen Rezeptoren normal funktionieren.

Es gibt einen möglichen Nachteil von ACES – Sender oder Empfänger können nicht erkennen, ob ein Sensorverlust aufgetreten ist. Die Architektur ermöglicht jedoch einfache Senderimplementierungen und eine beeindruckende Timing-Präzision von Stimuli-Ereignissen, die äußerst wichtige Faktoren für elektronische Hautanwendungen sind, bei denen Echtzeitbewegungen entscheidend sind.

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Das Forschungsteam arbeitet derzeit mit Neurowissenschaftlern und Ingenieuren zusammen, um den Tastsinn von Handprothesen wiederherzustellen. Sie glauben, dass ihre elektronische Haut die Maschine-Mensch-Umwelt-Interaktion für autonome anthropomorphe Roboter verbessern und in künstliche Intelligenz integriert werden könnte, um leistungsstarke Maschine-Gehirn-Schnittstellen zu ermöglichen.