🖐️ Diese elektronische Haut ermöglicht es Robotern, Schmerz zu „fühlen“

Während die meisten aktuellen technologischen Fortschritte in der Robotik die künstliche Intelligenz betreffen, hat ein chinesisches Forscherteam diesmal an einem ganz anderen Bereich gearbeitet. Ihre kürzlich in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlichte Forschung betrifft die Entwicklung einer Fähigkeit, Schmerz zu „fühlen“.

Mit anderen Worten: Dank dieser Technologie könnten Roboter bald eine Art Schmerzwahrnehmung und die Fähigkeit entwickeln, autonome Reflexe auszubilden und mit bisher unerreichter Schnelligkeit auf diesen Schmerz zu reagieren. Dieser Fortschritt wurde durch eine taktile Schnittstelle ermöglicht, die vom menschlichen Nervensystem inspiriert ist.

Eine schnellere Reaktion als die zentrale Verarbeitung

Aktuelle elektronische Häute funktionieren im Allgemeinen wie Netzwerke aus Drucksensoren. Sie sind in der Lage, einen Kontakt zu erkennen, aber die Interpretation seiner Stärke (und damit die Schwere der „Verletzung“) wird in einer zentralen Einheit verarbeitet. Dieser Prozess erzeugt, so schnell er auch sein mag, unweigerlich eine Latenz zwischen der Erkennung des Kontakts und der möglichen Aktion. Diese Verzögerung kann erhebliche materielle Folgen haben.

Beim Menschen ist die Reaktion auf eine als schädlich interpretierte Stimulation (Schlag, extreme Hitze, Verletzung) viel direkter. Die sensorischen Neuronen der Haut senden ein elektrisches Signal an das Rückenmark, das wiederum die Muskelkontraktion auslöst, um den betroffenen Körperteil wegzubewegen. Dieser Reflex ist so schnell, dass er eintritt, bevor das Gehirn den Schmerz überhaupt wahrnimmt. Er stellt somit ein Schutzsystem dar, das durch Millionen von Jahren natürlicher Selektion optimiert wurde.

Genau dieses System haben die Wissenschaftler zu übertragen versucht. Die von ihnen entwickelte neuromorphe Haut erzeugt je nach Druckintensität unterschiedliche Signale. Liegt die gemessene Intensität unter einem bestimmten Schwellenwert, werden die Informationen zur klassischen Analyse an den Hauptprozessor weitergeleitet. Andernfalls löst eine spezielle Schaltung eine sofortige motorische Reaktion aus.

Eine von der Natur inspirierte und modulare Architektur

Die Struktur dieser künstlichen Haut ist in mehreren Schichten organisiert. Die äußerste ahmt die menschliche Epidermis nach und bietet eine schützende Hülle. Unter dieser ersten Schicht übernimmt eine Matrix aus Sensoren und Mikroschaltkreisen die gleiche Rolle wie menschliche Nervenenden und Signalübertragungswege. Diese Schicht ist in der Lage, elektrische Impulse zu erzeugen, deren Frequenz und Amplitude präzise Informationen übertragen.

Das System integriert außerdem eine Funktion zur kontinuierlichen Selbstüberwachung: Ohne Kontakt gibt die Haut in regelmäßigen Abständen schwache Impulse ab, die vom zentralen Controller erfasst werden, der dies als „alles in Ordnung“ interpretiert. Dieses System ermöglicht die Erkennung eines Defekts oder einer physischen Beschädigung: Wenn die Impulse an einer bestimmten Stelle aufhören, kann der Roboter den beschädigten Bereich lokalisieren und einen Bediener informieren, während er gleichzeitig sein Verhalten anpasst, um diesen Sensibilitätsverlust auszugleichen.

Schließlich lässt sich jeder Abschnitt der Haut mit einem Lego-Baustein vergleichen, der innerhalb weniger Sekunden einzeln abgenommen und ersetzt werden kann. Dieses System macht Reparaturen oder den Austausch der gesamten taktilen Beschichtung überflüssig und verbessert so die Robustheit und langfristige Benutzerfreundlichkeit.