Fingerspitzengefühl für Roboter: Forschende haben einen künstlichen Finger entwickelt, der Berührungen wahrnehmen kann.
Ein daumenförmiger Sensor mit einer darin verborgenen Kamera ist darauf trainiert, haptische Kontaktinformationen abzuleiten. © Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme

Maschinen mit taktilen Fähigkeiten auszustatten, ist nach wie vor eine große Herausforderung. Werden Roboter ihre Umgebung schon bald wie Menschen und Tiere ertasten können? Forschende des Max Planck Instituts haben als Schritt in Richtung Fingerspitzengefühl für Roboter einen künstlichen Finger entwickelt, der Berührungen wahrnehmen kann. Im Fachjournal Nature Machine Intelligence hat das Team des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme (MPI-IS) einen Sensor namens „Insight“ vorgestellt, der mit Hilfe von Maschinellem Sehen und einem tiefen neuronalen Netzwerk genau abschätzen könne, an welcher Stelle Objekte mit ihm in Kontakt kommen und wie groß die auf ihn einwirkenden Kräfte sind.

Der einem Daumen nachempfundene Sensor besteht aus einem von einer weichen Hülle umschlossenen Skelett, das (ähnlich wie die Knochen eines menschlichen Fingers) für die Stabilität sorgt. Die Hülle besteht aus einem Elastomer, das mit dunklen, aber reflektierenden Aluminiumflocken angemischt wurde, was die Hülle undurchsichtig macht. Im Inneren dieser Kapsel befindet sich eine winzige 160-Grad-Fischaugenkamera, die bunte Lichtmuster aufnimmt, die von einem Ring aus LEDs erzeugt werden. Wird die Sensorhülle von einem oder mehreren Objekten berührt, ändert sich das Farbmuster im Inneren des Sensors. Die Kamera nimmt mehrmals pro Sekunde Bilder auf und füttert mit diesen Daten ein tiefes neuronales Netz. Weil ein Algorithmus in jedem Pixel selbst kleinste Veränderungen des Lichts erkennt, kann das trainierte Modell bestimmen, wo genau ein Objekt den „Finger“ berührt, wie stark die Kräfte sind, die auf ihn einwirken, und in welche Richtung sie wirken. Daraus wird dann eine sogenannte „force map“ abgeleitet, ein dreidimensionales Abbild der Kräfte, die auf den künstlichen Daumen einwirken.

„Unser Sensor zeigt eine hervorragende Leistung dank des innovativen mechanischen Designs der Hülle, des maßgeschneiderten Bildgebungssystems im Inneren, der automatischen Datenerfassung und dank modernster Deep Learning Methoden“, sagt Georg Martius, Leiter der Forschungsgruppe am MPI-IS. Katherine J. Kuchenbecker, Direktorin der Abteilung für Haptische Intelligenz am MPI-IS, bestätigt die Nützlichkeit des neuen Sensors: „Bisherige weiche haptische Sensoren hatten nur einen kleinen Bereich, in dem sie Dinge erfassen konnten. Sie waren empfindlich und schwierig herzustellen und konnten oft keine Kräfte spüren, die parallel zur Haut verlaufen. Das aber ist für einen Roboter, der ein Glas Wasser hält oder auf einem Tisch eine Münze verschiebt, unerlässlich.“

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