Wer menschliche Organe aufzählen soll, wird vermutlich zunächst an Herz, Leber oder Lunge denken. Weniger im Bewusstsein ist dagegen das größte menschliche Organ: unsere Haut. Sie informiert uns in gesundem Zustand über Stimulationen unserer Umwelt – zum Beispiel die Wärme einer heißen Herdplatte. Damit nimmt unser Tastsinn eine wichtige Schutzfunktion ein, außerdem sind motorische Fähigkeiten wie das Greifen eines Gegenstandes stark an ihn gekoppelt.
Humanoiden Robotern fehlt meist die Fähigkeit, ihre Umgebung durch Berührungen wahrzunehmen, und auch Menschen können ihren Tastsinn verlieren, beispielsweise durch Krankheit. Wissenschaftler:innen forschen deshalb schon länger an sogenannter „elektronischer Haut“, die über künstliche Rezeptoren Umwelteinflüsse wahrnimmt. An der südkoreanischen Pohang University of Science and Technology (POSTECH) hat ein Team jetzt einen entscheidenden Fortschritt gemacht: Während die Reizweiterleitung bislang viel Zeit in Anspruch genommen hat, soll die E-Haut nun Informationen in Echtzeit übermitteln.
Elektronische Haut: Tasten dank Technik
In Zusammenarbeit mit dem Ulsan National Institute of Science and Technology haben Forschende der Universität Pohang sich damit beschäftigt, wie elektronische Haut bisher taktile Informationen verarbeitet hat – und wie man das Verfahren beschleunigen kann.
Co-Autor der zugehörigen Studie, die jetzt im Fachmagazin Science Robotics erschienen ist, ist Professor Unyong Jeong. Er hatte schon 2020 an einer Untersuchung mitgearbeitet, die es ermöglichte, dass E-Haut Bewegung und Temperatur nicht nur separat, sondern gleichzeitig analysieren kann.
Jetzt also sollte das Verfahren beschleunigt werden. Bisher verarbeiten E-Häute taktile Information durch eine sequenzielle Messung elektrischer Signale, die von oftmals zahlreichen Messpunkten in Sensoren stammen. Das Problem: Die Messung und Verarbeitung dauert, eine hohe räumliche Auflösung in kurzer Zeit ist kaum möglich. Die Rezeptoren, die sich in menschlicher Haut finden, arbeiten anders. Sie erzeugen als Reaktion auf einen externen Reiz ein sogenanntes Spike-Signalspektrum in Form von elektrischem Potenzial, das vom Gehirn in Sekundenbruchteilen analysiert werden kann.
Also machte sich das Forschungsteam daran, einen künstlichen Rezeptor zu entwickeln, der wie die menschlichen Rezeptoren Spike-Signale erzeugt, und so Information in Echtzeit weitergeben kann.
Fortschritt bei E-Haut hilft in Robotik und Medizin
Die Orientierung an biomechanischen Vorgängen ist gelungen, bei der Anwendung der entwickelten Technologie mit einem Roboter habe die künstliche Haut auf äußere Reize wie eine menschliche reagiert. Professor Sung-Phil Kim, Co-Autor der Studie, sagt dazu in einer Pressemitteilung: „Die Umwandlung der externen Reize in Spike-Signale und deren Verarbeitung ist eine bahnbrechende Idee, die nachahmt, wie das menschliche Nervensystem Informationen verarbeitet.“
Die E-Haut kann nun sowohl räumliche Informationen wie Position und Bewegungsspur als auch zeitliche Informationen wie Geschwindigkeit und dynamische Kontaktfläche auswerten. Würde ein neues KI-Modell entwickelt, das auf die Spike-Informationscodierung zurückgreift, könne „die taktile Intelligenz von Robotern weiterentwickelt und effektiv auf Halbleitertechnologien der nächsten Generation wie neuromorphe Chips angewendet werden“, so Sung-Phil Kim.
Man erwarte außerdem, „dass die E-Haut zur Wiederherstellung der Taktilität von geschädigter Haut bei Patienten und zur Herstellung von Robotern mit der Fähigkeit, eine emotionale Verbindung zu Menschen herzustellen, eingesetzt werden kann“, so Professor Unyong Jeong.
