Nanotechnology Now – Pressemitteilung: Ein farbbasierter Sensor zur Nachahmung der Hautempfindlichkeit: In einem Schritt hin zu autonomeren Soft-Robotern und tragbaren Technologien haben EPFL-Forscher ein Gerät entwickelt, das mithilfe von Farbe mehrere mechanische und Temperaturreize gleichzeitig erfasst

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ChromoSense © Titouan Veuillet/Adrian Alberola Campailla

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© Titouan Veuillet/Adrian Alberola Campailla

Abstract:
Robotikforscher haben bereits große Fortschritte bei der Entwicklung von Sensoren gemacht, die Änderungen in Position, Druck und Temperatur wahrnehmen können – allesamt wichtig für Technologien wie tragbare Geräte und Mensch-Roboter-Schnittstellen. Aber ein Kennzeichen der menschlichen Wahrnehmung ist die Fähigkeit, mehrere Reize gleichzeitig wahrzunehmen, und dies ist etwas, was die Robotik nur schwer erreichen konnte.

Ein farbbasierter Sensor zur Nachahmung der Hautempfindlichkeit: In einem Schritt hin zu autonomeren Softrobotern und tragbaren Technologien haben EPFL-Forscher ein Gerät entwickelt, das mithilfe von Farbe gleichzeitig mehrere mechanische Reize und Temperaturreize erfasst

Lausanne, Schweiz | Gepostet am 8. Dezember 2023

Jetzt haben Jamie Paik und Kollegen im Reconfigurable Robotics Lab (RRL) der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der EPFL einen Sensor entwickelt, der Kombinationen aus Biegung, Dehnung, Kompression und Temperaturänderungen wahrnehmen kann – und das alles mithilfe eines robusten Systems, das sich auf ein einfaches Konzept reduziert : Farbe.

Die als ChromoSense bezeichnete Technologie des RRL basiert auf einem durchscheinenden Gummizylinder, der drei rot, grün und blau gefärbte Abschnitte enthält. Eine LED an der Oberseite des Geräts sendet Licht durch seinen Kern, und Änderungen im Lichtweg durch die Farben, wenn das Gerät gebogen oder gedehnt wird, werden von einem miniaturisierten Spektralmessgerät an der Unterseite erfasst.

„Stellen Sie sich vor, Sie trinken drei verschiedene Slushie-Geschmacksrichtungen gleichzeitig aus drei verschiedenen Strohhalmen: Der Anteil jeder Geschmacksrichtung ändert sich, wenn Sie die Strohhalme biegen oder drehen. Dies ist das gleiche Prinzip, das ChromoSense verwendet: Es nimmt Änderungen im Licht wahr, das durch die farbigen Abschnitte wandert, wenn sich die Geometrie dieser Abschnitte verformt“, sagt Paik.

Ein wärmeempfindlicher Teil des Geräts ermöglicht es außerdem, Temperaturänderungen zu erkennen, indem ein spezieller Farbstoff – ähnlich dem in farbverändernden T-Shirts oder Stimmungsringen – verwendet wird, dessen Farbe beim Erhitzen entsättigt. Die Forschung wurde in Nature Communications veröffentlicht und für die Highlights-Seite des Herausgebers ausgewählt.

Ein schlankerer Ansatz für Wearables

Paik erklärt, dass Robotertechnologien, die auf Kameras oder mehreren Sensorelementen basieren, zwar effektiv sind, tragbare Geräte jedoch schwerer und unhandlicher machen können und mehr Datenverarbeitung erfordern.

„Damit Soft-Roboter uns in unserem täglichen Leben besser unterstützen können, müssen sie in der Lage sein, zu spüren, was wir tun“, sagt sie. „Traditionell war der schnellste und kostengünstigste Weg, dies zu erreichen, visionsbasierte Systeme, die alle unsere Aktivitäten erfassen und dann die notwendigen Daten extrahieren. ChromoSense ermöglicht gezieltere, informationsdichtere Messungen und der Sensor kann für verschiedene Aufgaben problemlos in verschiedene Materialien eingebettet werden.“

Dank seiner einfachen mechanischen Struktur und der Verwendung von Farbe über Kameras könnte sich ChromoSense möglicherweise für eine kostengünstige Massenproduktion eignen. Neben unterstützenden Technologien wie mobilitätsunterstützenden Exoanzügen sieht Paik alltägliche Anwendungen für ChromoSense in Sportausrüstung oder -kleidung, mit denen Benutzern Feedback zu ihrer Form und ihren Bewegungen gegeben werden könnte.

Eine Stärke von ChromoSense – seine Fähigkeit, mehrere Reize gleichzeitig zu erfassen – kann auch eine Schwäche sein, da die Entkopplung gleichzeitig angewendeter Reize immer noch eine Herausforderung darstellt, an der die Forscher arbeiten. Laut Paik konzentrieren sie sich derzeit darauf, die Technologie zu verbessern, um lokal wirkende Kräfte oder die genauen Grenzen eines Materials zu erfassen, wenn es seine Form ändert.

„Wenn ChromoSense an Popularität gewinnt und viele Menschen es als universelle Roboter-Sensorlösung nutzen möchten, dann denke ich, dass eine weitere Erhöhung der Informationsdichte des Sensors eine wirklich interessante Herausforderung werden könnte“, sagt sie.

Für die Zukunft plant Paik auch, mit verschiedenen Formaten für ChromoSense zu experimentieren, das als Prototyp als zylindrische Form und als Teil eines tragbaren weichen Exo-Anzugs entwickelt wurde, sich aber auch in einer flachen Form vorstellen könnte, die besser für die charakteristischen Origami-Roboter des RRL geeignet ist.

„Mit unserer Technologie kann alles zum Sensor werden, solange Licht durchdringen kann“, fasst sie zusammen.

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Kontakte:
Celia Luterbacher
Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
Office: 41-216-938-759

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