Von Uta Bilow
Gefühlvollere Roboterhände durch elektronische Haut mit Drucksensoren
14. Juli 2004 Sie können putzen, Fußball spielen oder ein Haustier imitieren: Roboter schicken sich an, unser Alltagsleben in vielen Bereichen komfortabler oder auch unterhaltsamer zu gestalten. Ausgestattet zum Beispiel mit Greifern, Rädern, Kameras und Ultraschallsensoren, verrichten die künstlichen Geschöpfe zunehmend anspruchsvollere Tätigkeiten. Allein der Tastsinn der Maschinenwesen ist noch arg unterentwickelt. Das könnte sich jedoch bald ändern. Denn Wissenschaftler um Takao Someya von der Universität Tokio haben eine druckempfindliche "elektronische Haut" entwickelt, die Robotern zu mehr Gefühl verhelfen soll. Die fast vollständig aus Kunststoffen gefertigte Folie ist äußerst flexibel und läßt sich noch um zwei Millimeter dicke Gliedmaßen winden, ohne ihre Funktion einzubüßen.
Grundlage der elektronischen Haut ist ein gummiartiger Kunststoff, in den Graphitteilchen eingelagert sind. Wenn sich der Kunststoff bei Kontakt mit einem Gegenstand verformt, erzeugen die Graphitpartikeln ein elektrisches Feld. Winzige Transistoren, die die Oberfläche der künstlichen Haut bedecken, registrieren diese Veränderungen und wandeln sie in elektrische Signale um, mit denen Ort und Stärke des Drucks lokalisiert werden können ("Proceedings of the National Academy of Science", Bd. 101, S. 9966). Da sich Transistoren aus Silizium kaum verbiegen lassen, haben die Forscher um Takao Someya flache Feldeffekttransistoren aus Pentacen, einem halbleitenden Kunststoff, verwendet, der über hauchdünne Goldelektroden kontaktiert wurde.
Fühler für Feuchtigkeit und Temperatur
Weiterer Bestandteil der Transistoren ist ein sogenannter Polyimid-Kunststoff. Da die Forscher damit auf anorganische Werkstoffe weitgehend verzichtet haben, kann die künstliche Haut um bleistiftdünne Gebilde gebogen werden. Damit läßt sich erstmals eine druckempfindliche menschliche Hand nachbilden. Bisher entwickelte Materialien konnten nur "Finger" umhüllen, die dicker als drei Zentimeter waren.
Die in einem mehrstufigen Prozeß erzeugten quadratischen Transistoren haben eine Seitenlänge von 2,5 Millimetern. Nach Angaben der Wissenschaftler ist die damit erzielte Auflösung ausreichend für künstliche Haut. Für besondere Zwecke sollte jedoch ohne großen Aufwand eine feinere Strukturierung möglich sein. Dies würde es insbesondere ermöglichen, weitere Sensoren - etwa für Feuchtigkeit oder Temperatur - in die elektronische Haut einzufügen und diese damit dem menschlichen Vorbild weiter anzugleichen.
Die Arbeiten der japanischen Forscher sind noch aus einem zweiten Grund bemerkenswert: Aus Polymeren aufgebaute Halbleiterbauelemente sind generell wesentlich langsamer als solche aus anorganischen Werkstoffen wie Silizium. In den Kunststoff-Transistoren können die Elektronen jedoch erstaunlich gut fließen. Sie sind annähernd so beweglich wie in amorphem Silizium und damit mehr als zehnmal so schnell wie in bislang hergestellten Polymer-Transistoren.
Bildmaterial: Takao Someya
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