Assistenzrobotik Taktile Haut macht Roboter berührungsempfindlich

Wurden Roboter in Fabriken lange Zeit hinter Stahlzäune verbannt, so erobern sie als Assistenzroboter neue Einsatzfelder in der Produktion, im Haushalt und im Pflegebereich. Für die notwendige Sicherheit sorgt ein taktiles Sensorsystem, das sich als „künstliche Haut“ direkt auf Robotern anbringen lässt.

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Behutsam transportiert ein mobiler Roboter Proben durch ein Biolabor. Um ihn herum herrscht der übliche Laborbetrieb: Mitarbeiter reden miteinander und führen ihre Versuche durch.

Einer der Angestellten rempelt den Roboter versehentlich an, der daraufhin seine Bewegung stoppt. Möglich macht dies eine künstliche Haut auf der Oberfläche des Roboters. Diese Haut aus leitfähigem Schaumstoff, Textilien und einer intelligenten Auswerteelektronik erfasst, wo sie berührt wurde. Dabei kann sie zwischen sanften oder kräftigen Kontakten unterscheiden. Personen registriert sie sofort.

Controller leitet Sensordaten an Roboter weiter

In die Haut implementierte Sensorzellen, deren Form und Größe je nach Einsatzfall variieren kann, detektieren jede Berührung. Dabei kann mit zunehmender Anzahl der Sensorzellen kann der Kollisionspunkt immer genauer bestimmt werden. Ein Controller verarbeitet die Messwerte und leitet sie an den Roboter weiter. Wahlweise kann der Empfänger der Daten auch ein Rechner, eine Maschine oder Produktionsanlage sein.

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF in Magdeburg haben das Sensorverfahren 2008 für den Assistenzroboter Lisa entworfen und zum Patent angemeldet. Aufgabe von Lisa war es, in Biotechnik-Laboren Brutschränke und Messgeräte mit Probenschälchen zu bestücken und das Laborpersonal von solchen Tätigkeiten zu entlasten.

Schutzzäune sollen bald der Vergangenheit angehören

Seitdem haben die Fraunhofer-Ingenieure das Sensorsystem für verschiedenste Einsatzfelder weiterentwickelt, etwa um Industrieroboter oder Fußbodenbeläge damit auszustatten. Berührungen mit Menschen oder Gegenständen sollen künftig zuverlässig erfasst werden. Das ist eine Grundvoraussetzung, wenn Roboter im Umfeld des Menschen ohne Schutzzäune eingesetzt oder mit dem Menschen zusammenarbeiten sollen .

„Unsere künstliche Haut lässt sich jetzt an beliebige, komplexe Geometrien anpassen – gekrümmte oder sehr große Flächen eingeschlossen. Mit großflächigen Fußbodensensoren definieren wir Sicherheitszonen, die der Mensch nicht betreten darf“, erläutert Markus Fritzsche, Wissenschaftler am IFF. „Diese Bereiche lassen sich dynamisch ändern.“

Berührung setzt Roboter in Bewegung

So funktioniert die taktile Haut nun auch als Eingabemedium, um beispielweise Roboter zu führen. Dabei wird die Berührung in Bewegung umgesetzt. Fritzsche: „Große Kraftaufwendung ist dafür nicht erforderlich. Berühre ich den Roboter, so versucht er, dem Druck auszuweichen. Selbst einen 200 kg schweren Roboter kann ich auf diese Weise in die gewünschte Richtung schieben.“. In die künstlichen Haut integrierte Dämpfungselemente schwächen etwaige Kollisionen zusätzlich ab, indem sie Stöße abfedern.

Mittlerweile liegt das taktile Sensorsystem in verschiedenen Varianten vor, das Hüllmaterial rangiert von atmungsaktiv bis wasserdicht. „Dadurch eröffnen sich ganz neue Einsatzfelder, etwa in der Medizintechnik oder der Produktion“, erläutert IFF-Forscher Fritzsche.

Interessante Möglichkeiten im Pflegebereich bietet beispielsweise der drucksensitive Fußboden. Er registriert stürzende Patienten unmittelbar, sodass die Pflegekräfte rasch reagieren können. Darüber hinaus eignet sich der taktile Bodenbelag auch für die Arbeitsraumüberwachung in der Produktion.

Berührungsempfindlicher Bodenbelag für Pflegeheime

Mit der künstlichen Haut ausgestattete Roboter oder bewegte Maschinen erkennen jeden Zusammenstoß und bremsen sofort. Zudem können wir Robotergreifern einen Tastsinn geben und so feststellen, ob sie tatsächlich etwas gegriffen haben«.

Zahlreiche Varianten der künstlichen Haut liegen derzeit als Prototyp vor. „In naher Zukunft wird uns die künstliche Haut auf verschiedenste Art im Alltag begegnen“, ist Fritzsche überzeugt.

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