Künstliche Haut fühlt wie menschliche

Fest zupacken können Roboter normalerweise. Schwieriger wird es, wenn sie sanft nach einem Ei oder einem anderen zerbrechlichen Gegenstand greifen sollen. Forscher von der Universität des US-Bundesstaates Kalifornien (UC) in Berkeley wollen Robotern mehr Gefühl geben: Das Team um Ali Javey und Kuniharu Takei hat eine künstliche Haut für die Maschinenwesen entwickelt.

Nanoröhrchen aus Germanium und Silizium

Die künstliche Haut, E-Skin genannt, besteht aus anorganischen, monokristallinen Halbleitern, die auf einem Substrat aus Kunststoff angeordnet sind. Die Halbleiter sind Nanoröhrchen aus Germanium und Silizium. Diese werden auf einer Trommel gezüchtet und dann auf das Trägermaterial, einem Polyimid mit einer klebrigen Oberfläche, übertragen. Das geschieht, indem die Trommel über den Kunststoff gerollt wird.

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E-Skin: Jedes der dunklen Quadrate ist ein Pixel. (Bild: UC Berkeley)

Die Haut besteht aus 7 x 7 cm großen Abschnitten, die jeweils in Gitter aus 18 x 19 Pixeln unterteilt sind, schreiben die Wissenschaftler in der britischen Fachzeitschrift Nature Materials. Jedes Pixel enthält dabei einen Transistor, der aus hunderten der Nanodrähte besteht. Die Transistoren wiederum werden mit einem druckempfindlichen Kunststoff überzogen. Durch diese Anordnung wird die Haut biegsam und trotzdem stabil. So funktionierte sie nach einem Test, bei dem sie mehr als 2.000-mal gebogen wurde, noch anstandslos.

Greifen und Tippen

Empfindungsvermögen und Reaktionsgeschwindigkeit der E-Skin entsprechen in etwa denen der menschlichen Haut: Sie erkennt Berührungen mit einem Druck von 0 bis 15 Kilopascal. Das entspricht dem Druck, der bei alltäglichen Tätigkeiten wie Gegenstände halten oder auf der Tastatur schreiben, auftritt. Die Wissenschaftler testeten die Sensibilität der künstlichen Haut anhand des Buchstaben C aus dem Schriftzug der Universität, den sie aus Kunststoff hergestellt hatten. Diesen erkannte die Haut richtig.

"Die Idee ist, ein Material zu bekommen, das wie die menschliche Haut funktioniert, das also die Fähigkeit verleiht, einen Gegenstand zu fühlen und zu ertasten", erklärt Projektleiter Javey. Menschen wüssten normalerweise, wie fest sie zerbrechliche Gegenstände greifen können. Wenn Roboter das auch können sollen, etwa um in der Lage zu sein, die Spülmaschine auszuräumen, dann sollten sie dabei möglichst keine Gläser zerbrechen. Gleichzeitig sollten sie aber fest genug zupacken können, damit sie einen Suppentopf nicht fallen lassen.

Haut für Prothesen

Javey und Takei haben mit ihrer Entwicklung indes noch Weiteres im Sinn: Auf lange Sicht könnten Prothesen mit der von ihnen entwickelten künstlichen Haut überzogen werden. Dadurch könnten die künstlichen Gliedmaßen ebenso sensibel werden wie die echten. Allerdings muss dazu die Verschaltung von menschlichen Nervenzellen und elektronischen Sensoren verbessert werden.