Sensor ermöglicht berührungslose Objekterkennung für Roboter
Roboter müssen zur Objektmanipulation diese zunächst erkennen. Statt optischer Verfahren, kann ein Sensor genutzt werden, der auch auf Abstand funktioniert.
(Bild: Shutterstock/Wit Olszewski)
Ein Forschungsteam der Qingdao University in China hat zusammen mit südkoreanischen Wissenschaftlern einen Berührungssensor für die Robotik entwickelt, der auch reagieren kann, ohne direkten Kontakt zu haben. Der Sensor ist in der Lage, Interferenzen im elektrischen Feld zwischen dem Sensor und einem naheliegenden Objekt mit einem Abstand von bis zu 10 cm zu erkennen.
Roboter müssen zur Analyse eines Objektes es entweder optisch erfassen oder es berühren, bevor sie mit ihm sicher umgehen können. Zur Erkennung durch Berührung werden herkömmlicherweise Sensoren eingesetzt, die eine äußere Kontaktschicht aufweisen, die durch eine direkte Berührung verformt wird. Dies löst eine Änderung der elektrischen Kapazität aus, die für die Bestimmung der Beschaffenheit eines Objektes genutzt werden kann. Mit diesen Informationen sind Roboter in der Lage, Objekte manipulieren zu können. Das klappt allerdings nur mit gewissen Einschränkungen, denn solche Systeme sind nicht besonders empfindlich.
"Um eine größere Empfindlichkeit und Vielseitigkeit zu erreichen, haben wir neue Verbundfolien mit überraschenden und sehr nützlichen elektrischen Eigenschaften entwickelt", sagt Xinlin Li, einer der beteiligten Wissenschaftler an der Studie "Fully printed non-contact touch sensors based on GCN/PDMS composites: enabling over-the-bottom detection, 3D recognition, and wireless transmission", die in Science and Technology of Advanced Materials erschienen ist.
Verbundstoff mit besonderen Eigenschaften
Die Wissenschaftler untersuchten verschiedene Materialien und stießen dabei auf zwei, die eine hohe Dielektrizitätskonstante aufwiesen und damit stärker auf elektrische Felder reagieren. Die beiden Materialien kombinierten die Forscher und erhielten einen Verbundstoff mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante, was zunächst verwunderte. Doch das Material, das aus geringen Mengen von graphitischem Kohlenstoffnitrit mit einem Zusatz aus Polydimethylsiloxan besteht, eignete sich, um daraus mittels eines speziellen 3D-Druckverfahrens, dem Dispensing Printing, ein Gitter zu erstellen, das Objekte erfassen kann, ohne dass sie berührt werden. Der Sensor nimmt Objekte auf eine Entfernung zwischen 5 und 100 mm wahr, schreiben die Wissenschaftler.
"Die Leistung war hervorragend, was die Empfindlichkeit, die Reaktionsgeschwindigkeit und die robuste Stabilität über viele Einsatzzyklen hinweg angeht", sagt Li. Die Forscher sind sich sicher, dass sich dadurch neue Optionen für die Herstellung einer elektronischen Haut für Roboter ergeben. Denkbar wäre aber auch, die Technik dafür zu verwenden, um daraus physische, flexible Sensoren für tragbare Technik herzustellen, etwa für die medizinische Überwachung.
Die Wissenschaftler arbeiten nun an einer Verbesserung der Technik, um sie in die Massenproduktion zu bringen. Zudem wollen die Forscher ergründen, ob sich die Sensor-Technik auch dazu eignet, um Gesten zu erkennen, um damit eine Mensch-Maschine-Interaktion zu realisieren.
(olb)