Smarte Pelle Forscher wollen Robotern eine „intelligente“ Haut geben

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Mensch-Roboter-Interaktionen werden in der Gesellschaft zunehmen. Das erfordere eine Verbesserung der Kommunikation zwischen Mensch und Maschine. Künstliche Haut soll helfen ...

Roboter müssen aufgrund des oben angesprochenen Trends in der Lage sein, menschliche Handlungen vorherzusehen und deren Absichten zu erkennen. Dafür braucht es flexible Metamaterialien beziehungsweise flächige Metasurface-Antennen mit hochintegrierter Elektronik mit der die nahe Umgebung erfasst werden kann. Solche Oberflächen, die einen Roboter wie eine adaptive, „intelligente“ Haut umspannen, entwickelt das Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik (FHR) nun mit sechs Partnern im EU-Projekt „FITNESS“. Ausgerüstet mit Metasurface-Antennen sollen zukünftige Roboter künftig im Nahfeld alles gezielter abtasten und im Fernfeld besser mit ihrer Basisstation kommunizieren können, wie es weiter heißt. Das sei vor allem im industriellen Umfeld beim Umgang mit Robotern wichtig (Roboter-Mensch-Kollaboration). Denn Sicherheit ist das Wichtigste dabei.

Abtasten der nahen und fernen Umgebung möglich

„Intelligente“ Antennen in Form von neuartigen, elektromagnetischen Metamaterialoberflächen mit integrierter Elektronik sollen die Verbesserungen als herbeiführen. Die flexiblen und dehnbaren Metasurface-Antennen, die sich dazu eignen, Oberflächenwellen zu emittieren, sollen die nähere Umgebung deutlich besser abtasten können als herkömmliche Antennen, und dadurch die menschliche Sicherheit sowie die Performance der Roboter steigern. Bei den Metasurface-Antennen handelt es sich, wie gesagt, um flächige, in Kunststofffolien integrierte Antennen, die sich der Kontur des Roboters anpassen können. Weil sie so flach sind, lassen sich diese Antennen biegen und dehnen und wie eine Haut um den Roboter legen. Alternativ und in Abhängigkeit der Anwendung können sie etwa auch nur am Roboterarm angebracht werden. Sie werden daher auch als Smart Skins oder „intelligente“ Haut bezeichnet. Die künftige Antenne, auf die man sich fokussiert, zeichnet sich dadurch aus, dass sie sowohl die nähere Umgebung abtasten sowie Bewegung detektieren. Zugleich beherrsche sie auf Funk basierende Kommunikation mit der Basisstation in der von Störeinflüssen nicht freien Industriehalle. So etwas, wird betont, gibt es bisher nicht.

Vielversprechende Alternative zum üblichen Beamforming

Die flachen Antennensysteme sollen das sogenannte Beamforming – ein Verfahren zur Positionsbestimmung von Schallquellen in Wellenfeldern – ermöglichen, sodass der verstellbare elektromagnetische Strahl jederzeit zur Basisstation blickt. Das garantiere ein stärkeres, stabileres Signal und schaffe eine erhöhte Reichweite. Bisher unterstützen sogenannte Phased Arrays das Beamforming. Doch dabei werden viele Antennen in einer Gruppe verschaltet. Die Phase jedes einzelnen Antennenelements ist variabel, wodurch sich die Blickrichtung der Gruppenantenne beeinflussen lässt. In konventionellen Gruppenantennen sind die Antennenelemente und deren Elektronik eng platziert – das ist teuer, heizt sich auf und ist Fehleranfälligkeit, wie die Forscher zu den Nachteilen erklären. Metasurface-Antennen hingegen könnten mit weitaus weniger Elektronik aufgebaut werden – ohne Verlust der Eigenschaften der konventionellen Aufbauweise. Das neue Konzept spare Kosten und sei kompakter. Das neuartige Konstruktionskonzept erlaube auch einen hohen Freiheitsgrad beim Design der abgestrahlten Felder und die bestmögliche Extraktion der Gestensignale.

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