12.06.2006 · Parallel zur Fußballweltmeisterschaft findet in Bremen der Robocup, ein Fußballturnier für Roboter, statt. Die Alleskönner sollen in Zukunft sensibler werden: Mit Nanopartikeln entwickeln Forscher den Tastsinn für Maschinen.
Von Manfred Lindinger
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Fußballspielen ist kein Problem: Forscher der Roboterentwicklung arbeiten am Tastsinn
Roboter können putzen, musizieren oder tanzen, nach Minen suchen, radioaktive Abfälle sichern und obendrein noch Fußball spielen. Die Fähigkeiten der Alleskönner kann man von diesem Mittwoch an in Bremen bestaunen, wo die diesjährige Weltmeisterschaft im Roboterfußball, der Robocup, ausgetragen wird.
Ausgestattet mit Rädern, Ketten oder Beinen, mit Kameras und empfindlichen Sensoren verrichten die Maschinen immer anspruchsvollere Aufgaben - und das mittlerweile völlig autonom. Allein woran es derzeit noch mangelt, ist der Tastsinn. Das könnte sich bald ändern, glaubt man zwei Wissenschaftlern von der University of Nebraska in Lincoln. Vivek Maheshwari und Ravi Saraf haben einen empfindlichen Sensor entwickelt, der Robotern künftig zu mehr Fingerspitzengefühl verhelfen könnte.
Sensor für mehr Feingefühl
Roboter, die die Form, die Oberfläche oder die Härte eines Objektes wahrnehmen können, sind der Traum vieler Forscher. Bislang kennen die Greifarme der meisten Automaten nur die zwei Zustände „Festhalten“ oder „Loslassen“. Zuwenig Feingefühl für viele Anwendungen etwa in der Medizin, wo die künstlichen Helfer an weichem Gewebe arbeiten sollen. Der Sensor von Maheshwari und Saraf dürfte nun ein wichtiger Schritt hinzu zu sensibleren Robotern sein.
Dreh- und Angelpunkt des Sensors ist ein etwa hundert Nanometer dünner Film, in dem Lagen von Nanopartikeln aus Gold und dem Verbindungshalbleiter Cadmiumsulfid abwechselnd übereinandergeschichtet sind. Getrennt werden die beiden Materialen jeweils von einer dielektrischen organischen Zwischenschicht. Der Tastfilm ist zwischen zwei Elektroden eingebettet - einem leitfähigen Polymer und einem Glasträger mit einer transparenten Indiumzinnoxid-Beschichtung. Im Betrieb liegt zwischen den Elektroden eine elektrische Spannung von einigen Volt.
Empfindsamkeit einer menschlichen Fingerkuppe
Wird nun auf die obere Plastikfolie ein mechanischer Druck ausgeübt, so verringert sich der elektrische Widerstand. Als Folge fließt lokal ein höherer Strom, der jene Kadmiumsulfid-Partikeln zum Leuchten anregt, die unter dem eingedrückten Bereich liegen. Dabei gilt: Je stärker der Strom, desto heller ist das Leuchten. Dieses wird von einer CCD-Kamera registriert, die eine enorme räumliche Auflösung von 40 Mikrometern besitzt.
Die beiden Forscher haben die Leistungsfähigkeit ihres Sensors an einer Fünf-Rupien- und einer Ein-Cent-Münze sowie einem Fünf-Penny-Stück getestet. Die Geldstücke wurden dazu auf die Polymerseite des Sensors gepreßt. Zu ihrer Freude konnten Maheshwari und Saraf die Konturen der Münzen als leuchtende Punkte abbilden. Dabei zeigte sich, daß die Folie schon bei geringem mechanischen Druck reagierte und damit ähnlich empfindlich war wie eine menschliche Fingerkuppe („Science“, Bd.312, S.1501).
Kamera noch zu sperrig
Der Tastsensor dürfte sich nicht so ohne weiteres in einen Roboterfinger integrieren lassen. Dazu ist die Kamera noch zu sperrig. Gelänge es aber, die elektrischen Signale in das Computerhirn eines Roboters zu leiten und dort zu verarbeiten, könnten die Maschinen bei ihren vielen Tätigkeiten künftige mehr Fingerspitzengefühl zeigen.
