ETH-Forschung 18.03.2020, 11:43 Uhr

Damit Roboter fühlen können

Mithilfe von maschinellem Lernen entwickelten ETH-​Forschende neuartige, günstige Tastsensoren. Die Sensoren messen einwirkende Kräfte hochauflösend und präzise. Sie ermöglichen Roboterarmen, empfindliche oder zerbrechliche Gegenstände zu greifen.
Der Prototyp des Tastsensors
(Quelle: ETHZ )
Wir Menschen haben keine Probleme, zerbrechliche oder glitschige Gegenstände mit den Händen zu greifen. Über den Tastsinn spüren wir, ob wir ein Objekt fest im Griff haben oder ob es uns bald zu entgleiten droht. Entsprechend können wir unsere Kraft dosieren. Auch die Greifarme von Robotern benötigen eine solche Rückmeldung, wenn sie fragile oder rutschige Gegenstände oder solche mit einer komplexen Oberfläche greifen sollen.
Robotikforschende der ETH Zürich haben nun einen Tastsensor entwickelt, der genau bei solchen Anwendungen zum Zug kommen kann – und somit ein Schritt ist hin zu dem, was die Ingenieure «Roboterhaut» nennen.
Der Sensor ist sehr einfach konstruiert und damit günstig in der Herstellung, wie die Ingenieure betonen. Im Wesentlichen besteht er aus einer elastischen Silikonhaut, auf deren Unterseite farbige Mikrokügelchen aus Kunststoff angebracht sind, sowie einer herkömmlichen Kamera.
Automatisierte Messungen
Quelle: Sferrazza C et al. IEEE Access 2019

Rein optische Messung

Der Sensor funktioniert optisch: Berührt der Sensor einen Gegenstand, wird die Silikonhaut verformt. Dabei verändert sich auch das Muster der Mikrokügelchen, was die Fischaugenkamera auf der Unterseite des Sensors registriert. Aus dem Muster lässt sich dann errechnen, welche Kräfte auf den Sensor einwirken.
«Herkömmliche Kraftsensoren registrieren die einwirkende Kraft nur an einem einzigen Punkt. Wir können mit unserer Roboterhaut hingegen mehrere auf die Sensorfläche einwirkende Kräfte unterscheiden und diese hochauflösend und präzise bestimmen», sagt Carlo Sferrazza. Er ist Doktorand in der Gruppe von Raffaello D’Andrea, Professor für Regelungstechnik an der ETH Zürich. «Ausserdem können wir die Richtung bestimmen, aus der eine Kraft wirkt», sagt Sferrazza. Das heisst die Forscher können nicht nur die senkrecht auf den Sensor wirkenden Druckkräfte bestimmen, sondern auch quer wirkende Scherkräfte.
Mikrokügelchen auf der Unterseite der Silikonhaut. Eine Kamera registriert deren Verschiebung, nachdem Kraft auf sie einwirkt
Quelle: ETHZ



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