Fortschrittliche intelligente elektronische Haut verbessert das Berührungsgefühl von Robotern und Prothesen

Nationale Universität Singapur

Menschen nutzen den Tastsinn, um fast jede alltägliche Aufgabe zu erfüllen, wie zum Beispiel eine Tasse Kaffee in die Hand zu nehmen oder jemandem die Hand zu schütteln. Ohne sie kann der Mensch beim Gehen sogar den Gleichgewichtssinn verlieren. Ebenso müssen Roboter über einen Tastsinn verfügen, um besser mit Menschen interagieren zu können, aber Roboter können Objekte auch heute noch nicht gut ertasten.

Die Asynchronous Coded Electronic Skin (ACES) ist ein künstliches Nervensystem mit extrem hoher Reaktionsfähigkeit und Robustheit gegenüber Schäden und kann mit jeder Art von Sensorhautschichten kombiniert werden, um effektiv als elektronische Haut zu funktionieren. Während ACES Signale wie das menschliche sensorische Nervensystem erkennt, besteht es im Gegensatz zu den Nervenbündeln in der menschlichen Haut aus einem Netzwerk von Sensoren, die über einen einzigen elektrischen Leiter verbunden sind. Es unterscheidet sich auch von vorhandenen elektronischen Skins, die über miteinander verbundene Verkabelungssysteme verfügen, die sie anfällig für Beschädigungen machen und ihre Skalierung erschweren können.

ACES kann Berührungen mehr als 1.000 Mal schneller erkennen als das menschliche sensorische Nervensystem. Es ist in der Lage, den physischen Kontakt zwischen verschiedenen Sensoren in weniger als 60 Nanosekunden zu unterscheiden, selbst bei einer großen Anzahl von Sensoren. ACES-fähige Haut kann außerdem die Form, Textur und Härte von Objekten innerhalb von 10 Millisekunden genau erkennen – zehnmal schneller als ein Wimpernschlag. Dies wird durch die hohe Wiedergabetreue und Erfassungsgeschwindigkeit des ACES-Systems ermöglicht.

Die ACES-Plattform kann auch so konzipiert werden, dass sie eine hohe Robustheit gegenüber physischen Schäden erreicht, eine wichtige Eigenschaft für elektronische Skins, da diese häufig in physischen Kontakt mit der Umgebung kommen. Im Gegensatz zum aktuellen System zur Verbindung von Sensoren in bestehenden elektronischen Gehäusen können alle Sensoren in ACES an einen gemeinsamen elektrischen Leiter angeschlossen werden, wobei jeder Sensor unabhängig arbeitet. Dadurch können ACES-fähige elektronische Skins weiterhin funktionieren, solange eine Verbindung zwischen dem Sensor und dem Leiter besteht, wodurch sie weniger anfällig für Beschädigungen sind.

ACES verfügt über ein einfaches Verkabelungssystem und eine hohe Reaktionsfähigkeit auch bei zunehmender Anzahl von Sensoren. Diese Schlüsselmerkmale werden die Skalierung intelligenter elektronischer Skins für Anwendungen der künstlichen Intelligenz (KI) in Robotern, Prothesen und anderen Mensch-Maschine-Schnittstellen erleichtern.

ACES kann problemlos mit jeder Art von Sensorhautschichten kombiniert werden; zum Beispiel solche, die zur Messung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit konzipiert sind. Durch die Kombination von ACES mit einer transparenten, selbstheilenden und wasserbeständigen Sensorhautschicht entsteht eine elektronische Haut, die sich wie die menschliche Haut selbst reparieren kann. Diese Art von elektronischer Haut kann zur Entwicklung realistischerer Gliedmaßenprothesen verwendet werden, die behinderten Menschen dabei helfen, ihren Tastsinn wiederherzustellen.

Zu den weiteren potenziellen Anwendungen gehört die Entwicklung intelligenterer Roboter, die Disaster-Recovery-Aufgaben durchführen oder alltägliche Vorgänge wie das Verpacken von Artikeln in Lagerhäusern übernehmen können.

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