Fortschrittliche universelle taktile Sensorik durch elektromechanisch gekoppelte Leiter

Berührung oder taktile Sensorik ist fundamental wichtig für eine Reihe von realen Anwendungen, von Robotik über chirurgische Medizin bis hin zu Sportwissenschaft. Taktile Sensoren sind dem biologischen Tastsinn nachempfunden und können Forschern helfen, menschliche Wahrnehmung und Bewegung zu verstehen. Ein neuer Ansatz zur Druckverteilungsmessung nutzt taktile Bildgebungstechnologie.

Der gängigste aktuelle Ansatz zur taktilen Bildgebung beinhaltet die Verwendung eines Arrays aus Sensoren, die aus druckempfindlichen Materialien bestehen; solche Arrays erfordern jedoch komplexe Fertigungsprozesse und schränken das Sensordesign ein. Der Druck zwischen zwei Leitern steht in direktem Zusammenhang mit dem elektrischen Kontaktwiderstand zwischen ihnen. Nutzen diese Beziehung, wurde ein Sensor entwickelt, der aus einem Paar elektromechanisch gekoppelter Leiter besteht, wobei der eine Leiter eine Treiberfunktion und der andere die Sondenfunktion übernimmt. Der Sensor benötigt keine druckempfindlichen Materialien und ist einfacher herzustellen.

Diese Strategie ermöglichte die Entwicklung eines universellen taktilen Sensors für Kontaktverteilungsmessungen mit einfachen leitfähigen Materialien wie Kohlefarbe. Das Designkonzept verbindet Innovation in Mechatronik-Technologie – die die Entwicklung eines flexiblen Sensors auf Basis konventioneller Leiter ermöglichte, die mit Elektroden verbunden sind – mit einem Tomografie-basierten Ansatz zur Bestimmung der Druckverteilung über die gekoppelten Leiter.

Die vorgeschlagene Methode verbesserte frühere taktile Sensorik-Techniken auf Basis elektrischer Impedanztomografie, um Sensoren mit hoher Positioniergenauigkeit, einstellbarer Empfindlichkeit und Messbereich sowie einem relativ einfachen Fertigungsprozess bereitzustellen. Die Sensoren können mit verschiedenen leitfähigen Materialien realisiert werden, einschließlich leitfähiger Stoffe und Farben. Folienförmige flexible Sensoren wurden gefertigt, ebenso wie fingerförmige Sensoren, die durch Beschichten von 3D-gedruckten Strukturen mit leitfähiger Farbe hergestellt wurden.

Die einfache Einstellbarkeit von Empfindlichkeit und Messbereich sowie die Präzision der Druckschätzung bedeuten, dass dieser taktile Bildgebungsansatz voraussichtlich die fortschrittliche Steuerung von Mehrzweckrobotern ermöglichen wird. Die Sensoren könnten in Bereichen wie Fernbedienung und industrieller Automatisierung eingesetzt werden.