Neue robotische Haut ermöglicht Maschinen das Fühlen wie Menschen

Ein Team von Ingenieuren der University of Cambridge und des University College London hat zusammengearbeitet, um eine robotische Haut zu entwickeln, die fast jeder Maschine die Fähigkeit zum Fühlen verleihen kann. Ihr einzigartiger Ansatz nutzt multimodale Sensoren, Hydrogel‑Materialien und maschinelles Lernen, um ein neues Niveau haptischen Feedbacks zu schaffen, das das Potenzial hat, fühlende Prothesen und vieles mehr zu ermöglichen. Hier ist, was Sie wissen müssen.

Warum Berührung in der Robotik wichtig ist

Die fünf Sinne, die Menschen ermöglichen, die Welt zu navigieren, sind auch entscheidend für die Schaffung von Robotern, die sinnvoll mit Menschen und ihrer Umgebung interagieren können. Es ist üblich, dass Roboter mehr sensorische Eingaben integrieren, um ihre Fähigkeiten zu erweitern.

Doch das Tastgefühl erhält erst jetzt die Aufmerksamkeit, die es verdient. Von Industrierobotern, die erkennen können, wenn sie mit einem anderen Arbeiter kollidieren, bis hin zu Agrarrobo­tern, die fühlen können, ob eine Frucht reif ist, ist die Berührungserkennung zu einem wesentlichen Aspekt der Technologie geworden.

Wie menschliche Haut das robotische Design inspiriert

Wenn es um Berührung geht, ist Ihre Haut ein Wunderwerk. Sie kann innerhalb von Millisekunden mehrere Arten von Eingaben, von Wärme bis Druck und mehr, genau erfassen. Außerdem kann dies über den gesamten Körper oder in bestimmten Bereichen geschehen, wobei das Gehirn die Herkunft und Art der Berührung unterscheiden kann. All diese Fähigkeiten resultieren aus einer flexiblen Oberfläche, die sich selbst heilen kann.

Roboter die Fähigkeit zum Fühlen geben

Da die Empfindlichkeit der menschlichen Haut für viele Anwendungen ideal ist, haben Ingenieure mehrfach versucht, robotische Haut zu entwickeln. Der Hauptansatz bestand darin, mehrere Sensoren in ein flexibles Material einzubetten. Die Sensoren konnten Druck, Temperatur und andere wichtige Daten erfassen.

Probleme mit robotischer Haut

Diese Strategie hatte erhebliche Nachteile. Erstens erhöhte jeder Sensor die Steifigkeit der Haut. Außerdem war die Herstellung dieser Sensoren und deren Integration in das Gerät ein kosten- und zeitintensiver Prozess. Diese Geräte waren sehr teuer in der Herstellung und nach allen Berichten zerbrechlich.

Jeder starre Sensor fügte einen weiteren Bereich hinzu, der im Betrieb beschädigt werden konnte. Die Platzierung der Sensoren beeinflusste zudem, welche Formen und Designs die Oberfläche haben musste, was die Anwendungsmöglichkeiten weiter einschränkte. Darüber hinaus hatten viele Sensoren Blindstellen, an denen sie nicht vorhanden waren oder wo weitere Sensoren angebracht werden müssten. Zusätzlich erhöhte jeder neue Sensortyp die Interferenzen im Gerät, was die Genauigkeit reduzierte.

Einblick in die Studie zur robotischen Haut

Die Multimodal information structuring with single-layer soft skins and high-density electrical impedance tomography-Studie¹ stellt eine neuartige robotische Haut vor, die in der Lage ist, mehrere Arten von Berührungen aus einem einzigen Materialdesign zu erkennen. Das Gerät kann an jede Form angepasst und zu bestehenden robotischen Händen wie einem Handschuh hinzugefügt werden, wodurch eine neue Ebene von Interaktivität und Empfindlichkeit entsteht.

Quelle – University of Cambridge

Multimodale Sensorik

Der erste Schritt bei der Entwicklung der verbesserten robotischen Haut bestand darin, herauszufinden, wie die Anzahl der benötigten Sensoren reduziert werden kann. Um diese Aufgabe zu bewältigen, wandten sich die Ingenieure multimodalen Sensoren zu. Diese Geräte können verschiedene Arten von Signaleingaben registrieren und die Ursache jeder Eingabe ohne Interferenzen trennen. Im Rahmen dieses Ansatzes entwickelte das Team ein eigens gebautes System, das 6 Arten multimodaler Stimuli unterstützt, darunter Erwärmung, Berührung, Druck, Beschädigung und mehr.

Warum Hydrogel für robotische Haut entscheidend ist

Ein leitfähiges, gelatinebasiertes Hydrogel wurde anschließend in die Form einer erwachsenen Hand gegossen. Dieses Material wurde wegen seiner Leitfähigkeit, seines weichen Gefühls und seiner Flexibilität ausgewählt. Darüber hinaus kann es geschmolzen und in jede gewünschte Form gebracht werden, was die Benutzerfreundlichkeit und Nachhaltigkeit dieser Geräte erhöht.

Elektrodenkonfigurationen

Das Team investierte viel Zeit in das Testen verschiedener Elektrodenanordnungen. Ihr Ziel war es, eine Konfiguration zu finden, die die Fähigkeiten der robotischen Haut nicht beeinträchtigt, aber den Sensoren genaue Messwerte liefert. Schließlich einigten sie sich auf ein Design, das 32 Elektroden am Handgelenk platziert.

Elektrische Impedanztomographie

Die Ingenieure speisten diese Sensoren mit Daten, indem sie Techniken der elektrischen Impedanztomographie nutzten. Interessanterweise erzeugte die Leitfähigkeit des Hydrogels 863.040 leitende Pfade über die Membran. Die Ingenieure stellten fest, dass sie aus diesem Design 1,7 Millionen Datenpunkte extrahieren konnten, wenn alle verfügbaren Pfade genutzt wurden.

Der nächste Schritt bestand darin, die während bestimmter Aktionen gesammelten Daten zu erfassen, wie das Tippen mit dem Finger, das Zusammendrücken der Hand, ein tiefer Schnitt oder eine sanfte Berührung. Diese Daten wurden anschließend in einen eigens entwickelten Machine‑Learning‑Algorithmus eingespeist.

Die KI nutzte dieses Datenmodell, um zu bestimmen, welche sensorischen Eingaben gegenüber anderen Aktionen Vorrang haben. Zum Beispiel ist ein tiefer Schnitt wichtiger als ein leichter Stich am Finger. Sie stellten außerdem fest, dass das System die Anpassung dieser Präferenzen unterstützt.

Je nach Aufgabe des Roboters können Ingenieure einstellen, welche Sinne Priorität haben. Beispielsweise kann die Empfindlichkeit eines landwirtschaftlichen Roboters für die Reifeerkennung erhöht werden, während die Temperatursensoren reduziert werden, wenn er in der Sommersonne arbeitet. Zusätzlich kann das Gerät mit einer menschlichen Berührung kalibriert werden.

Testen der Fähigkeiten der robotischen Haut

Die Ingenieure führten mehrere physische Tests durch, um sicherzustellen, dass das Gerät wie erwartet funktioniert. Diese Tests umfassten das sanfte Überfahren der Hand mit den Fingern, das Aufbringen von Wärme auf das Gerät und das Zusammendrücken mit unterschiedlichen Kräften, um den Unterschied zwischen leichten und schädlichen Aktionen zu erfassen. Sie testeten außerdem, ob es gleichzeitig mehrere verschiedene Berührungsarten erkennen kann. In einem Fall wurde die Hand mit einem medizinischen Skalpell geschnitten.

Ergebnisse der Tests der robotischen Haut

Der Test zeigte, dass das maschinelle Lernen die verschiedenen Aktionen in Echtzeit erfolgreich bestimmen konnte. Die Hand konnte zwischen menschlicher Berührung und unbelebten Objekten unterscheiden. Außerdem konnte sie Wetterbedingungen anhand einer Kombination von Faktoren wie Hitze und Feuchtigkeit bestimmen, genau wie ein Mensch.

Wesentliche Vorteile der Technologie robotischer Haut

Die robotische Haut bietet mehrere Vorteile. Erstens ermöglicht sie Robotern, mit der physischen Welt auf menschenähnliche Weise zu interagieren. zukünftige Roboter werden erkennen können, ob sie zufällig mit Ihnen oder einem Gegenstand zusammenstoßen, und sich entsprechend anpassen.

Diese Geräte werden so konfiguriert sein, dass sie verstehen, wie viel Druck sie auf Objekte ausüben, basierend auf der Reaktion des Objekts, was den Weg für effektivere medizinische Geräte und vieles mehr öffnet. Die hochsensible Natur der robotischen Haut macht sie ideal für ein breites Anwendungsspektrum.

Kosten‑effizient

Einer der größten Vorteile des neuen Designs der robotischen Haut ist, dass es leicht herzustellen ist. Traditionelle robotische Haut beruhte auf mehreren Sensoren, die präzise verkabelt wurden. Dieser Ansatz kostet deutlich mehr als die Nutzung von leitfähigem Hydrogel und fehlt die Flexibilität, fast jede Form zu formen. Dieser neue Ansatz wird berührungsempfindliche Robotik für mehr Geräte verfügbar machen.

Robotische Haut ist wiederverwendbar

Ein weiterer wichtiger Vorteil des Designs der robotischen Haut ist ihre Wiederverwendbarkeit. Das leitfähige Material kann nach Bedarf geschmolzen und geformt werden. Das Hydrogel kann komplexe Formen annehmen, ohne dass interne Leitungen verlegt werden müssen. Dieser wiederverwendbare Ansatz wird dazu beitragen, zukünftigen E‑Müll aus der Robotik zu verhindern.

Langlebig

Das Design der robotischen Haut ist weitaus langlebiger als sein Vorgänger. Da keine Sensoren im gesamten Gerät verteilt sind, wird die Möglichkeit von relevanten Schäden begrenzt. Diese Struktur unterstützt flexible und wiederverwendbare Komponenten, die starkem Stress standhalten. Sie können zudem mit Hydrogel repariert werden, ohne komplexe interne Sensoren reparieren zu müssen.

Anpassbar

Die Anpassungsfähigkeit der robotischen Haut ist ein großer Pluspunkt. Das Gerät kann je nach Aufgabe unterschiedlich auf verschiedene Stimuli reagieren. Zum Beispiel könnte ein Roboter so ausgestattet sein, dass er Dornen beim Rosenpflücken ignoriert, aber gleichzeitig sehr empfindlich auf die Feuchtigkeit oder das Gefühl des Stiels reagiert.

Anwendungen und Zeitplan für robotische Haut

Es gibt mehrere Anwendungen für robotische Haut. Der offensichtliche Einsatz wäre die Erweiterung der Fähigkeiten humanoider Roboter. Diese Geräte ähneln bereits in Struktur und Aussehen Menschen. Das Hinzufügen einer Berührungsschicht könnte sie noch menschenähnlicher und zugänglicher machen.

Prothesen

Diese Studie könnte dazu beitragen, dass fühlende Prothesen Realität werden. Der Einsatz von weichem, flexiblem Hydrogel als Haut wird dazu beitragen, dass diese medizinischen Geräte für den Träger und sein Umfeld realistischer wirken. Darüber hinaus können sie so angepasst werden, dass sie das gleiche Empfindungsvermögen wie das verlorene Körperteil bieten oder sogar mit zusätzlichen sensorischen Eingaben erweitert werden.

Automobilsektor

Der Automobilsektor steht an vorderster Front der Integration von Robotik. Diese Studie könnte dabei helfen, Roboter zu entwickeln, die sicher neben Menschen arbeiten können. Diese Geräte könnten erkennen, wenn sie einem Menschen nahe kommen oder mit ihm interagieren, und reagieren wie ein Kollege, der bei einer Kollision ausweicht.

Landwirtschaftssektor

Berührungsempfindliche Roboter werden bereits eingesetzt, um wichtige Aspekte der Landwirtschaft zu bestimmen. Das Gerät könnte robotische Haut nutzen, um sein Gewicht zu reduzieren, wodurch die Einsatzzeiten und die Leistung steigen. Diese Systeme könnten zudem eigens entwickelte KI‑Modelle integrieren, um die Leistung zu verbessern und zuverlässige Ergebnisse zu gewährleisten.

Zeitplan für robotische Haut

Es könnte 5–10 Jahre dauern, bis robotische Haut den Markt erreicht. Die Ingenieure werden weiter an ihrem Design arbeiten und nach Partnerschaften sowie Finanzierung suchen. Bei Erfolg könnte man robotische Haut in den nächsten 5–7 Jahren in Geräten in Lagerhäusern sehen. Wenn alles gut läuft, könnten medizinische Geräte diese Option innerhalb des nächsten Jahrzehnts nutzen.

Wer hat die robotische Haut entwickelt?

Ingenieure der University of Cambridge und des University College London (UCL) arbeiteten zusammen, um diese Studie zu realisieren. Das Papier nennt David Hardman, Thomas George Thuruthel und Fumiya Iida als die Hauptautoren der Arbeit. Bemerkenswerterweise erhielt die Studie Unterstützung von der Royal Society, dem Engineering and Physical Sciences Research Council, dem Samsung Global Research Outreach Program und UK Research and Innovation.

Zukunft der robotischen Haut

Das Team arbeitet nun daran, die Haltbarkeit und Empfindlichkeit ihres Geräts zu verbessern. Die nächsten Schritte umfassen weitere Forschungen zu Materialien für die Einheit und neue Sensortypen. Das Ziel ist es, Innovationen zu fördern und einlagige Haut in sensiblen Systemen zu propagieren sowie die Nutzung multimodaler Sensoroptionen in der Zukunft voranzutreiben.

Investieren in Robotik

Der Robotiksektor hat mehrere hochkarätige Wettbewerber. Diese Unternehmen bieten Produkte von Robotern zur Überwachung von Infrastrukturen bis hin zu Gesundheitsgeräten und militärischer Hardware. All diese Bereiche haben im letzten Jahrzehnt ein beträchtliches Wachstum verzeichnet, und Analysten prognostizieren für die Zukunft noch mehr. Hier ist ein Unternehmen, das gut positioniert ist, um von zukünftiger Adoption zu profitieren.

UiPath

UiPath (PATH ) trat 2005 in den Markt ein. Zu dieser Zeit trug es den Namen DeskOver. Die Gründer des Unternehmens, Daniel Dines und Marius Tîrcă, wollten zuverlässige Software für robotische Automatisierung für die aufstrebende Branche schaffen. Das erste Jahrzehnt des Unternehmens erlebte ein langsames, aber stetiges Wachstum.

Im Jahr 2015 wechselte das Unternehmen zu UiPath und erweiterte seine Aktivitäten. Das Unternehmen eröffnete seinen Hauptsitz in New York und neue Niederlassungen in London, Bangalore, Paris, Singapur, Washington D.C. und Tokio. Im Jahr 2021 veranstaltete UiPath einen der größten US‑Software‑IPOs, bei dem es 35 Mrd. $ zur weiteren Expansion einwarb.

Heute spielt UiPath eine entscheidende Rolle in der robotischen Automatisierung. Ihre Software hilft Roboterschwärmen, synchron zu bleiben und sicher mit Tausenden von menschlichen Mitarbeitenden und anderen Geräten zu arbeiten. Daher sollten Interessierte, die in die Robotikbranche investieren wollen, weitere Recherchen zu UiPath-Aktien anstellen.

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Abschließende Gedanken: Die Zukunft der robotischen Haut

Das Konzept der robotischen Haut könnte die Interaktion zwischen Menschen und Robotern in Zukunft verbessern. Dieses Gerät könnte in bestehende Bots integriert werden und ihnen ein erweitertes Verständnis ihrer Umgebung sowie neue Fähigkeiten verleihen. Aus diesen und vielen weiteren Gründen muss man den Ingenieuren für ihre harte Arbeit Anerkennung zollen.

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Studienreferenzen:

^{1. David Hardman et al., Multimodal information structuring with single-layer soft skins and high-density electrical impedance tomography.Sci. Robot.10,eadq2303(2025).DOI:10.1126/scirobotics.adq2303}