Die menschliche Fingerkuppe ist äußerst sensibel. Jeder, der sich schon einmal geschnitten hat, durfte diese schmerzhafte Erfahrung machen. Aber auch ohne Schnittverletzung ist die Fingerkuppe berührungsempfindlich und ein wichtiges Instrument, um Objekte in unserer Umgebung mit dem Tastsinn wahrzunehmen.

Wenn wir etwas mit unseren Fingern berühren, erfährt die Haut eine Verformung wie Kompression oder Dehnung, wodurch Mechanorezeptoren dazu veranlasst werden, elektrische Impulse zu versenden. Diese Impulse wandern dann durch das zentrale Nervensystem zum Gehirn.

Das Gehirn erkennt diese elektrischen Impulse und identifiziert das Objekt, das wir berühren. Dieses taktile Feedback ermöglicht es uns, Form, Oberflächenstruktur, Steifheit oder Weichheit eines Materials zu erkennen.

Ein Team chinesischer Wissenschaftler hat den Wahrnehmungsmechanismus der menschlichen Fingerkuppe nachgeahmt, um einen bionischen Finger mit einem integrierten taktilen Feedback-System zu schaffen. Der Finger ist in der Lage, komplexe Objekte zu ertasten. Das schreibt die Zeitschrift Cell Reports Physical Science in einem Artikel.

„Wir haben uns von menschlichen Fingern inspirieren lassen, die die empfindlichste taktile Wahrnehmung haben, die wir kennen“, sagte Co-Autorin Jianyi Luo von der Wuyi-Universität gegenüber Arstechnica. „Wenn wir zum Beispiel unseren eigenen Körper mit unseren Fingern berühren, können wir nicht nur die Textur unserer Haut ertasten, sondern auch die Umrisse des darunter liegenden Knochens. Diese taktile Technologie eröffnet einen nicht optischen Weg für die zerstörungsfreie Prüfung des menschlichen Körpers und flexibler Elektronik.“

Ein Metallzylinder, der oben auf dem künstlichen Finger montiert ist, dient als Kontaktspitze, während Kohlenfaserbalken als taktile Mechanorezeptoren verwendet werden. Diese sind mit einem Signalverarbeitungsmodul verbunden. Der Finger scannt die Oberfläche des Zielobjekts, indem er Druck ausübt. Dadurch werden die Kohlenstofffasern komprimiert.

Je nachdem, wie sich das Material ausdehnt, erkennt der Finger dessen Weichheit oder Festigkeit. Diese Informationen werden dann an einen Computer gesendet, der die Daten in eine 3D-Karte übersetzt.

Die Wissenschaftler erstellten auch ein physikalisches Modell für menschliches Gewebe mit dem 3D-Drucker. Es besteht aus mehreren Schichten. Dabei kamen ein hartes Polymer für das Skelett und eine weiche Silikonschicht für die Muskeln zum Einsatz. Der bionische Finger scannte und reproduzierte erfolgreich ein 3D-Profil der Gewebestruktur des Modells, einschließlich der Position eines künstlichen Blutgefäßes, das sich unter der Muskelschicht befand.