Wissen

Nervengifte, Sprengstoff, Viren Kunsthaut spürt gefährliche Stoffe auf

ACHTUNG Frei nur im Zusammenhang mit der Berichterstattung über die Studie.jpeg

Die elektronische Haut kann einfach und kostengünstig hergestellt werden.

(Foto: Yu et al., Sci. Robot. 7, eabn0495 (2022)/dpa)

Roboter können mittlerweile schon erstaunlich viel. Sie werden auch in Bereichen eingesetzt, wo Menschen nicht hinkommen oder hinwollen. Nun ermöglicht eine künstliche Haut Robotern sogar, chemische Stoffe in ihrer Umgebung zu finden. Ein unschätzbarer Vorteil in Gefahrenzonen.

Eine neu entwickelte Kunsthaut kann den Sprengstoff TNT, verschiedene Nervengifte oder krankmachende Viren wie Sars-CoV-2 aufspüren. Dazu sind in der für Roboter entwickelten Haut eine Reihe von entsprechenden elektronischen Sensoren integriert. Die Technologie kann etwa in einem Boot angewendet werden, das Gefahrstoffe im Wasser registriert und dann automatisch auf die Quelle zusteuert, wie ein Forscherteam vom California Institute of Technology in Pasadena (Kalifornien, USA) um Wei Gao im Fachjournal "Science Robotics" berichtet. Sie könne auch genutzt werden, um eine Roboterhand durch Handgesten zu steuern.

Bisher haben Sensoren in der Außenhülle von Robotern vor allem physikalische Werte wie Druck oder Temperatur gemessen. "Die Integration chemischer Sensoren für den autonomen Trockenphasen-Analytnachweis auf einer Roboterplattform ist extrem herausfordernd und wesentlich unterentwickelt", schreiben Gao und Kollegen. Ein robotisches System, das gefährliche Stoffe detektieren kann, brächte jedoch enorme Vorteile in potenziellen Gefahrenzonen. Anwendungen sind außerdem im Umweltschutz und bei der Überwachung der öffentlichen Gesundheit und Sicherheit denkbar.

Einfach und kostengünstig

Das Forscherteam legte von Anfang an Wert darauf, dass die elektronische Haut einfach und kostengünstig hergestellt werden kann. Für sämtliche Sensoren entwickelten sie Spezialtinten, sodass die Sensorkomponenten auf den elastischen Kunststoff Polydimethylsiloxan (PDMS) aufgedruckt werden können. Die elektrischen Leitungen, zum Beispiel Silber-Nanodrähte, sind so strukturiert, dass sie auch bei einer Dehnung der Kunsthaut elektrisch leitend bleiben.

Damit die chemischen Sensoren gefährliche Substanzen wie Bestandteile von Pestiziden und Nervengiften oder TNT nachweisen können, müssen die sie bedeckenden Hydrogele Elektrolyten enthalten. "Bei Integration in eine Roboterhand konnte der mit Hydrogel beschichtete Platin-Graphen-Sensor das Trockenphasen-TNT effizient abtasten und innerhalb von drei Minuten eine stabile elektrische Antwort liefern", schreibt das Wissenschaftlerteam. Weitere Sensoren messen Virenproteine, Temperaturen und den auf einen Gegenstand ausgeübten Druck der Roboterhand.

Auch Fernsteuerung der Roboterhand möglich

Die Gruppe um Gao nutzt ihre Technologie auch, um eine Roboterhand fernzusteuern. Dazu wird eine künstliche Haut auf den Unterarm eines Menschen geklebt. Die Sensoren messen die elektrischen Impulse, die jeder Muskelbewegung vorausgehen. Mithilfe von Algorithmen des maschinellen Lernens werden die Signale den jeweiligen Handbewegungen, wie greifen, loslassen, nach links, nach oben, zugeordnet.

Die Roboterhand greift also nach einem Gegenstand, wie es der steuernde Mensch vormacht. Mit den chemischen Sensoren in der Kunsthaut der Finger und der Handfläche kann der "M-Bot" genannte Roboter dann Substanzen auf der Oberfläche des Gegenstands analysieren.

Anwendung für Umweltschutz

Mehr zum Thema

Eine mögliche Anwendung für den Umweltschutz demonstrierten die Forschenden mit dem M-Boat: Sie statteten ein kleines Boot mit drei Sensoren (vorne, links und rechts) aus. Dann programmierten sie den Steuerungscomputer so, dass das Boot immer in die Richtung fährt, in der die höchste Konzentration einer gefährlichen Substanz gemessen wird.

Auf diese Weise könnte die Quelle von Gefahrstoffen im Wasser, etwa eine Leckage, aufgespürt werden. "Diese Technologie könnte die Wahrnehmungsfähigkeit zukünftiger intelligenter Roboter erheblich verbessern und den Weg zu zahlreichen neuen praktischen tragbaren und robotischen Anwendungen ebnen", schreiben die Studienautorinnen und -autoren.

(Dieser Artikel wurde am Montag, 06. Juni 2022 erstmals veröffentlicht.)

Quelle: ntv.de, Stefan Parsch, dpa

ntv.de Dienste
Software
Social Networks
Newsletter
Ich möchte gerne Nachrichten und redaktionelle Artikel von der n-tv Nachrichtenfernsehen GmbH per E-Mail erhalten.
Nicht mehr anzeigen