Künstliche Haut für Roboter und Fußböden

Sicherheit ist oberstes Gebot bei der Zusammenarbeit von Mensch und Roboter. Im industriellen Umfeld etwa werden beide durch Schutzzäune voneinander getrennt. Eine Reihe von Forschungsprojekten beschäftigt sich deshalb damit, Roboter so zu gestalten, dass sie eng mit Menschen zusammenarbeiten können. Forscher vom Magdeburger Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung (IFF) haben ein Sensorsystem entwickelt, das diese Sicherheit gewährleisten soll.

Eine Haut für Roboter

Bei dem System handelt es sich um eine künstliche Haut aus leitfähigem Schaumstoff und Textilien, in die Sensoren eingelassen sind. Registrieren die Sensoren eine Berührung durch den Menschen, hält der Roboter sofort in seiner Bewegung inne. Dazu kommen Dämpfungselemente, die in die Haut integriert sind und Stöße abfedern.

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Sensoren im Fußboden erkennen, dass ein Mensch naht, und halten den Roboter an. (Foto: Fraunhofer)

Da das Sensorsystem flexibel ist, lasse es sich, erklärt Markus Fritzsche vom Fraunhofer IFF, "an beliebige, komplexe Geometrien anpassen - gekrümmte oder sehr große Flächen eingeschlossen." Das bedeutet, es kann einem Roboter wie eine Haut übergezogen werden. Es kann aber auch als Fußbodenbelag in einer Fabrikhalle ausgelegt werden und ersetzt dann die Sicherheitszäune. "Mit großflächigen Fußbodensensoren definieren wir Sicherheitszonen, die der Mensch nicht betreten darf." Vorteil des Systems gegenüber starren Zäunen sei, dass die Bereiche, die der Mensch betreten darf, nach Bedarf definiert werden können.

Lenken durch schubsen

Allerdings, so berichtet Fritzsche, diene die Haut nicht nur der Sicherheit - sie könne auch zur Steuerung eines Roboters genutzt werden. Der wird dann so programmiert, dass er nicht stoppt, wenn er eine Berührung registriert, sondern ihr ausweicht. So könne der Mensch den Roboter vor sich her schubsen. "Große Kraftaufwendung ist dafür nicht erforderlich. Berühre ich den Roboter, so versucht er, dem Druck auszuweichen. Selbst einen 200 Kilo schweren Roboter kann ich auf diese Weise in die gewünschte Richtung schieben."

Ursprünglich haben die Fraunhofer-Forscher die taktile Haut für den Assistenzroboter Lisa entwickelt. Der soll in Laboren das Personal entlasten, indem er beispielsweise Proben transportiert. Da er dann im gleichen Umfeld wie Menschen agiert, bedurfte es eines Systems, das die Sicherheit des menschlichen Laborpersonals gewährleistet, wenn Mensch und Roboter einmal zusammenstoßen.

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten

In den vergangenen zwei Jahren haben die Forscher das System weiterentwickelt - beispielsweise zum druckempfindlichen Fußbodenbelag. Der lasse sich auch für weitere Anwendungen nutzen, sagt Fritzsche - im Pflegebereich etwa: Dann könnten die Sensoren feststellen, ob ein Patient hingefallen ist. In der Robotik ließe sich die Haut zusätzlich als Kontrolle im Greifer einsetzen: Die Sensoren teilten dann mit, ob der Roboter tatsächlich etwas gegriffen habe. Und viele weitere Anwendungen seien denkbar, so der Fraunhofer-Wissenschaftler: "In naher Zukunft wird uns die künstliche Haut auf verschiedenste Art im Alltag begegnen."