Perfekte Haut: Roboter mit mehr Gefühl

Die neuen Fähigkeiten und ein Produktionssystem, das verschiedene Roboter mit Berührungsempfindlichkeit ausstattet, werden die Art und Weise wie Roboter in zwanglosen Umgebungen arbeiten sowie ihre Kommunikationsfähigkeiten verbessern und wie diese miteinander und mit Menschen kommunizieren.

Das EU-finanzierte Projekt "Skin-based technologies and capabilities for safe, autonomous and interactive robots" (ROBOSKIN) entwickelte neue Sensortechnologien und Managementsysteme, die dem Roboter ein künstliches Berührungsgefühl geben - was in der Robotik bis jetzt schwer zu verwirklichen war.

Den Partnern aus Italien, der Schweiz und dem Vereinigten Königreich zufolge mussten kognitive Mechanismen geschaffen werden, die auf einem taktilen Feedback (das Konzept des "Berührens" oder "Fühlen") und Verhalten basieren, um sicherzustellen, dass die Interaktion zwischen Mensch und Roboter für die angestrebten Anwendungen sicher und effektiv ist.

Die künstliche Haut wird im Großen und Ganzen auf der Grundlage echter Haut modelliert. Diese besitzt ein feines Netzwerk aus Nerven, die Veränderungen wie heiß/kalt oder rau/weich fühlen bzw. spüren können. In diesem Fall sammeln die elektronischen Sensoren diese sogenannten taktilen Daten und verarbeiten sie Mithilfe einer vorinstallierten Anwendungssoftware , um grundlegende Verhaltsneweisen des Roboters zu integrieren, die mit der Zeit erweitert werden können.

"Hier haben wir uns für Programmierung durch Demonstration und robotergestütztes Spiel entschieden, damit die Roboter durch Praxis lernen, indem sie fühlen, handeln und interagieren", erklärt Projektkoordinator Professor Giorgio Cannata von der Universität Genua, Italien.

"Wir müssen in den Robotern einen gewissen Grad an Wahrnehmung schaffen, um ihnen dabei zu helfen, auf taktile Ereignisse und den physischen Kontakt mit der Außenwelt zu reagieren", fügt er hinzu.

Kaspar, der freundliche Roboter

Da Roboterkognition extrem komplex ist, hat ROBOSKIN mit sehr bescheidenen Ansprüchen in Labortests begonnen, indem zunächst verschiedene Berührungsarten klassifiziert wurden. Die Wissenschaftler schufen ein geometrisches Mapping Mithilfe eines kontinuierlichen Kontakts zwischen dem Testroboter und der Umwelt, um eine "Repräsentation des Körpers" zu konstruieren - Parameter, mit denen der Roboter Daten in Verhalten umsestzen kann.

Außerhalb des Labors wurden ROBOSKIN Sensorpatches an allgemeinen Berührungspunkten (Füße, Wangen, Armen) auf KASPAR angebracht, einem Humanoiden Roboter der Universität Hertfordshire, der autistischen Kindern zur Kommunikation verhelfen soll.

"Mit unseren Sensoren konnte der Roboter fühlen oder Kontakt erkennen und die gesammelten Daten bildeten einen wichtigen Teil unserer Kontaktklassifizierung - etwa dem Unterschied zwischen gewollter und ungewollter Berührung", erklärt Prof. Cannata.

Die ROBOSKIN-Wissenschaftler erkundeten verschiedene Technologien, von eher rudimentären kapazitiven Sensoren der heutigen Sensortechnologien bis hin zu leistungsfähigeren Tranducern, die in piezoelektrischer Materialien zu finden sind, sowie flexible organische Halbleiter.

"Es wird immer mehr piezoelektrische Materialien geben, welche sich wie ein Sensor verhalten können, da sie auf Veränderungen reagieren, die durch Kontakt mit einer äußeren Kraft herbeigeführt werden", sagt Prof. Cannata voraus. Doch Sensoren, die organische Halbleiter verwenden, werden die Zukunft prägen, so Cannata, da man in der Lage sein wird, Chips auf verschiedene organische Materialien wie künstliche Haut oder flexible Materialien zu drucken. Und diese werden dann auch billiger in der Herstellung sein, wenn sie im industriellen Maßstab produziert werden.

Prototypen fördern

Das ROBOSKIN-Projekt endete im vergangenen Sommer, doch die Forscher verbreiten weiterhin die Ergebnisse über wissenschaftliche Kanäle, dazu gehören auch Artikel in "IEEE Xplore" und "Science Direct", sowie in Aufforderungen zur Interessenbekundung, um ihre Prototypen auch in nicht kommerziellen Forschungsprojekten einzusetzen.

Taktile Sensoren seien nichts Neues, betonte Prof. Cannata, doch ROBOSKIN sei die Entwicklung eines Produktionssystems gelungen, um taktile Sensoren in verschiedene Roboter zu integrieren. Diese einmaligen Methoden lösen ein Jahrzehnte altes Problem: die Integration von mehr Sinneswahrnehmungen in Roboter.

"Wir sind immer noch im vorkommerziellen Stadium der Demonstration, doch die letzte Version unserer taktilen Sensoren hat bereits ein größeres Anwendungspotential in der Industrie, da die Fabriken nach sicheren, günstigen Wegen Ausschau halten, Roboter in engerer Zusammenarbeit mit Menschen einzusetzen", so der Koordinator.

Für Teile der Arbeit des Teams wurden Patente erteilt, doch sie betonen, dass die Prototypen auch weiterhin für die wissenschaftliche Forschung zur Verfügung stehen. ROBOSKIN-Technologie wurde bereits in iCub integriert, die offene Robotikplattform des Italienischen Technologieinstituts.

"Es musste sichergestellt werden, dass unsere Basistechnologien mit verschiedenen Robotikplattformen kompatibel sind, die sich in diesem schnell entwickelnden Bereich herausbilden könnten", bemerkt Prof. Cannata. "Und dies ist uns gelungen."

Das ROBOSKIN -Projekt wurde mit 3,5 Mio. EUR (von insgesamt 4,7 Mio. EUR Projektbudget) unter dem Siebten Rahmenprogramm der EU (RP7) gefördert.

Link zu einem Projekt auf CORDIS:

- RP7 auf CORDIS
- ROBOSKIN Projektdatenblatt auf CORDIS

Link zur Projekt-Website:

- 'Skin-based technologies and capabilities for safe, autonomous and interactive robots' Website

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Weitere Links:

- Website der Europäischen Kommission zur Digitalen Agenda