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Elektronik : Ein Tastsinn für Roboterfinger

Die elektronische Haut macht Roboterfinger sensibler Bild: PNAS

Forscher der Universität Tokio haben eine künstliche Haut aus Kunststoff entwickelt, die Druck und Wärme erfühlen kann. Der Kunststoffilm ist sehr flexibel und könnte im Haushalt vor Feuer warnen.

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          Ob Fußball spielen, staubsaugen, trommeln oder tanzen, Minen aufspüren, radioaktive Abfälle sichern oder einfach nur freundlich Auskunft geben - es ist schon beeindruckend, was moderne Roboter heutzutage mit einem Minimum an Intelligenz alles zustande bringen. Ausgestattet mit Rädern, Ketten oder Beinen, mit Kameras, Infrarot- und Ultraschallsensoren, verrichten die künstlichen Geschöpfe immer anspruchsvollere Aufgaben. Viele Roboter sind mittlerweile so anpassungsfähig und intelligent, daß sie autonom auf ihre Umwelt reagieren und agieren. Allein am Tastsinn mangelt es derzeit noch arg. Das könnte sich jedoch bald ändern, glaubt man Wissenschaftlern von der Universität Tokio. Sie haben eine elektronische Haut ersonnen, die Robotern künftig das "Fühlen" von Druck und Wärme ermöglichen soll.

          Manfred Lindinger

          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Ort und Stärke des Drucks werden durch ein elektrisches Feld gemessen

          Bereits vor einem Jahr hatten Takao Someya und seine Kollegen eine fast vollständig aus Kunststoffen bestehende künstliche Haut vorgestellt, die geringe Druckänderungen registrieren kann. Grundlage ist ein gummiartiges Polymer, in das Graphitteilchen eingelagert sind. Wenn sich der Kunststoff etwa bei Kontakt verformt, erzeugen die Kohlenstoffpartikeln ein elektrisches Feld. Winzige Transistoren, die unter dem Gummi sitzen, setzen dessen Veränderung in elektrische Signale um, mit denen Ort und Stärke des Drucks lokalisiert werden können. Weil sich Transistoren auf Siliziumbasis nicht verbiegen lassen, haben die japanischen Forscher flache Feldeffekttransistoren aus dem halbleitenden Kunststoff Pentacen hergestellt und mit hauchdünnen Goldelektroden versehen. Die über einen mehrstufigen Prozeß erzeugten quadratischen Schalter sind nur wenige Millimeter groß.

          Besondere Elastizität erhält die elektronische Haut aber erst durch feine Löcher, die man in regelmäßigen Abständen in den Kunststoffilm gestanzt hat. Ohne daß sie ihre Funktion verliert, läßt sich die einem Netz ähnelnde Haut um zwei Millimeter dicke Röhrchen winden und auf das Fünfundzwanzigfache ihrer ursprünglichen Länge ziehen.

          Die künstliche Haut kann auch vor Feuer warnen

          Aufbauend auf diesen Arbeiten, haben die Forscher um Someya jüngst einen Weg ersonnen, wie ihre künstliche Haut auch Temperaturänderungen registrieren kann. An die Stelle des gummiähnlichen Kunststoffs sind nun organische Dioden getreten, die bei Wärme ihren elektrischen Widerstand ändern. Ähnlich wie bei den Drucksensoren zuvor erzeugen Feldeffekttransistoren bei Erwärmung oder Abkühlung elektrische Ströme, die ein Maß für die Temperaturänderung sind. Erste Tests haben gezeigt, daß auf diese Weise Temperaturen in einem Bereich von 30 bis 160 Grad ohne Schwierigkeiten erfaßt werden können.

          Anschließend haben Someya und seine Kollegen die Druck- und Temperatursensoren so miteinander kombiniert, daß die künstliche Haut beide Reize gleichzeitig wahrnehmen kann. Das Netzwerk hat dabei kaum an seiner ursprünglichen Elastizität eingebüßt, wie die Forscher in den "Proceedings" der amerikanischen Nationalen Akademie der Wissenschaften (Early Edition) berichten. Weil sich die Haut exakt an gewölbte Oberfläche anschmiegt, ist sie nach Ansicht von Someya besonders für kleine dreidimensionale Strukturen wie Roboterfinger geeignet. Bis es die künstliche Haut mit dem menschlichen Vorbild aufnehmen kann, ist es aber noch ein weiter Weg. Für die japanischen Forscher sind auch andere Anwendungen, etwa als Feuermelder in einem Haushalt, denkbar. Die Sensoren müßten dazu lediglich in herkömmliche Teppiche integriert werden.

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