05. 11. 2025
Verfasst von: Nicolás Navarro-Guerrero

Mit Gefühl – taktile Sensoren für Roboterhand

Eine Roboterhand mit Noppen an Gelenken und Gliedern hält mit Daumen und drei Fingern einen kurzen Holzzylinder. Der Zeigefinger ist ausgetreckt. — Wie wird eine Roboterhand so präzise, flexibel und gefühlvoll wie eine menschliche Hand? Für den praktischen Einsatz in Medizin und Industrie müssen die taktilen Sensoren robust und vielseitig sein.

Die Hand ist unser vielseitigstes Werkzeug: präzise, flexibel, gefühlvoll und kräftig. Diese Funktionen auf eine Roboterhand zu übertragen ist nicht einfach, denn taktile Sensoren sind oft teuer, fragil und funktional einseitig. Eine L3S-Forschungsgruppe der Leibniz Universität Hannover arbeitet mit einem Praxispartner daran, geschickte und sensitive Roboterbewegungen für praktische Anwendungen zu geringeren Kosten zu ermöglichen. Ihr dynamischer taktiler Sensor ist vielseitig und einfach herstellbar.

Vibrationssensor – dynamisch und robust

Taktile Sensoren sind für viele Roboteranwendungen wie geschicktes Greifen, Prothesen und Operationssysteme von entscheidender Bedeutung. Allerdings bieten nur wenige Unternehmen diese Art von Sensoren an. Sie sind darüber hinaus für viele praktische Anwendungen zu teuer und zu zerbrechlich. „Verschiedene Sensortechnologien wurden erforscht, darunter piezoelektrische, optische, faseroptische und magnetische Methoden“, berichtet Dr. Nicolás Navarro-Guerrero vom Forschungszentrum L3S, „doch es gibt keine allgemein genutzten Lösungen.“ Mit seiner Arbeitsgruppe erforscht der Projektleiter, wie autonome Roboter mit haptischer Wahrnehmung ausgestattet werden können. Und wie sich Berührungskontakte des Roboters auf Menschen übertragen lassen, um Teleoperationen wie in der robotergestützten Chirurgie oder Prothetik durchzuführen.

Kostengünstige Komplettlösung für Roboterhand

Ein bereits entwickelter vibrationsbasierter dynamischer taktiler Sensor wird nun weiterentwickelt und in die Roboterhand des Unternehmenspartners Nibotics integriert. Die Kooperationspartner wollen eine kostengünstige Komplettlösung für die Roboterhand kommerziell verfügbar machen, die den entscheidenden Bedarf an taktiler Wahrnehmung und Objektmanipulation erfüllt. „Der Sensor besteht aus Kontaktmikrofonen, die in der Lage sind, den durch die Hülle der Roboterhand hervorgerufenen Schall zu erkennen – unabhängig vom Umgebungsschall“, erklärt Nicolás Navarro-Guerrero. „Die Signalverarbeitung ermöglicht es uns, den Ort des Kontakts zu bestimmen.“ Wenn sich die Roboterhand bewegt, helfen künstliche neuronale Netze dabei, den Kontaktort unabhängig von der Handposition zu ermitteln.

Das Bild zeigt eine geöffnete Roboterhand. An den Fingergliedern und in der Handfläche befinden sich feine Gumminoppen. — Die elektronischen Komponenten des Sensors sind in der Hand des Roboters untergebracht. Das schützt sie vor Wasser, Staub und Kollisionen.

Schutz vor Wasser, Staub und Kollisionen

Der Sensor ist so konzipiert, dass er sich nahtlos in Greifer jeder Form und Größe integrieren lässt, was seine Vielseitigkeit beweist. Insbesondere kann er große und gekrümmte Oberflächen mit wenigen elektrischen Verbindungen abdecken, ist kostengünstig und einfach herstellbar. „Darüber hinaus sind die elektronischen Sensorkomponenten in der Hand des Roboters untergebracht und sind so vor Wasser, Staub und Kollisionen geschützt“, nennt Nicolás Navarro-Guerrero weitere Vorzüge. Zu den Einschränkungen zählt, dass er keine Normal- und Scherkräfte bereitstellen kann. Längerfristig arbeitet die Forschungsgruppe daran, mit den Sensoren mehrere Kontakte gleichzeitig zu erkennen, sie mit anderen Sensortechnologien zu kombinieren sowie ihre Funktionalität auszuweiten. Das Projekt wird gefördert vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt im Programm DATIPilot Innovationssprints.