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Per Tasthandschuh Objekte in der Ferne fühlen (Nr. 150/2013)
Universität Bielefeld ist an internationalem Großprojekt beteiligt

Produkte von Internet-Händlern „anfassen“, bevor sie nach Hause geliefert werden: In Zukunft sollen Menschen Objekte trotz großer zeitlicher und räumlicher Distanz fühlen können – mit einem Tasthandschuh. Die Grundlagen dafür werden am Exzellenzcluster CITEC der Universität Bielefeld erforscht, als Teil eines Großprojektes mit zehn internationalen Forschungseinrichtungen, das von der Europäischen Union mit 7,7 Millionen Euro gefördert und von der italienischen Università Degli Studi di Siena koordiniert wird.

Die Bielefelder Forscher haben einen Tastsensor entwickelt, der so groß ist wie eine menschliche Fingerkuppe und in Roboterfingern künftig präzise Berührungen von Objekten erfassen soll. Foto: Universität Bielefeld
Die Bielefelder Forscher haben einen Tastsensor entwickelt, der so groß ist wie eine menschliche Fingerkuppe und in Roboterfingern künftig präzise Berührungen von Objekten erfassen soll. Foto: Universität Bielefeld

„Langfristig geht es darum, eine virtuelle Realität für den Tastsinn zu entwickeln“, sagt CITEC-Forscher Professor Dr. Marc Ernst von der Fakultät für Biologie der Universität Bielefeld. CITEC steht für Cognitive Interaction Technology (Kognitive Interaktionstechnologie). An dem Exzellenzcluster werden technische Systeme erforscht, die für den Menschen intuitiv und leicht bedienbar sind. Ernsts Arbeitsgruppe für Kognitive Neurowissenschaften befasst sich für das neue EU-Projekt mit der Frage, wie die Nerven in Fingern und Handflächen gereizt werden müssen, damit der Nutzer diese Tast-Wahrnehmung nuanciert wahrnimmt. In dieser Frage stehe die Forschung noch am Anfang, sagt Ernst. „Das Ertasten eines Objekts könnte zum Beispiel durch winzige Vibrationen an Fingern und Handflächen simuliert werden“, erklärt Ernst. Auch schwache elektrische Impulse sind denkbar, um dem Träger eines Tasthandschuhs den Eindruck eines Objekts zu vermitteln. „Menschen haben in den Nervenenden ihrer Hände verschiedene Rezeptoren, die Berührungen aufzeichnen und an das Gehirn weiterleiten. Wir untersuchen, wie sich diese Rezeptoren am besten stimulieren lassen, sodass ein echtes Tastgefühl entsteht.“ Auf Grundlage dieser Forschung könnten dann zum Beispiel Internet-Versandhändler in Zukunft ihren Nutzern ermöglichen, Kleidung, technische Geräte und andere Produkte vor dem Kauf virtuell in die Hand zu nehmen.

Sensoren zeichnen Berührungen auf

Doch bevor die Tasteindrücke an den Benutzer übermittelt werden können, müssen sie aufgezeichnet werden. Daran arbeiten die CITEC-Wissenschaftler Professor Dr. Helge Ritter und Dr. Robert Haschke von der Arbeitsgruppe für Neuroinformatik der Technischen Fakultät. Für das Forschungsprojekt entwickeln sie und ihre Kollegen Tastsensoren, mit denen sich das Oberflächenmuster und die Struktur eines Gegenstandes erfassen lassen. Ein erster Prototyp hatte etwa die Größe eines Bierdeckels. Legen die Wissenschaftler einen Gegenstand, zum Beispiel einen Stift oder ein Handy darauf, registriert er die Stellen, an denen das Objekt aufliegt und Druck ausübt. „Eine Herausforderung ist, die Empfindlichkeit und Tastauflösung der menschlichen Haut in einem technischen Sensor nachzuahmen, und dabei zugleich wichtige Eigenschaften wie die gekrümmte Form einer Fingeroberfläche oder die Biegsamkeit von Haut zu verwirklichen“, sagt Professor Ritter. „Hinzu kommt, dass die technischen Sensorsignale so aufbereitet werden müssen, dass sie für eine Übermittlung an den Menschen geeignet sind.“

Mit einem Sensorhandschuh nehmen Wissenschaftler des Exzellenzclusters CITEC den Ablauf menschlicher Handbewegungen auf. Ein ähnlicher Handschuh könnte künftig dazu dienen, aus der Ferne Berührungsdaten an die Hände zu übermitteln. Foto: Universität Bielefeld
Mit einem Sensorhandschuh nehmen Wissenschaftler des Exzellenzclusters CITEC den Ablauf menschlicher Handbewegungen auf. Ein ähnlicher Handschuh könnte künftig dazu dienen, aus der Ferne Berührungsdaten an die Hände zu übermitteln. Foto: Universität Bielefeld
Für das Projekt konzipieren die Forscher zum einen eine Miniaturversion ihres Prototyps. Deren hochempfindliche Sensoren werden so klein sein, dass sie in die Fingerkuppen einer mehrfingrigen Roboterhand passen. Zum anderen arbeiten die Forscher an einem flexiblen Sensorhandschuh, der von Menschen getragen werden kann.

Mit einem Tasthandschuh Berührungen nachempfinden

Die Forschungsergebnisse könnten unter anderem für die Konstruktion eines Stellvertreter-Roboters genutzt werden, der auf Gelände agiert, das für Menschen unwegsam oder gefährlich ist. Er wäre mit einer mehrfingrigen Hand ausgestattet, die Bewegungen einer menschlichen Hand in Echtzeit imitiert. Ein Mensch – zum Beispiel ein Astronaut – könnte über seinen Tasthandschuh Berührungen spüren, die von der Roboterhand empfunden werden. So kann die Person Objekte, die sich weit entfernt befinden, spüren und gleichzeitig Handgriffe daran ausführen.

Das Forschungsprojekt trägt den Titel „WEARHAP“ (WEARable HAPtics for Humans and Robots – Tragbarer Tastsinn für Menschen und Roboter). Die Universität Bielefeld kooperiert dafür mit neun Forschungseinrichtungen aus ganz Europa: Technische Universität München, Universidad Rey Juan Carlos (Madrid, Spanien), Université Pierre et Marie Curie – Paris 6 (Frankreich), Umea Universitet (Schweden), Foundation for Research and Technology (Iraklio, Griechenland), Università di Pisa (Italien), Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia (Genua, Italien), Scuola Superiore Sant'Anna di Studi Universitari e di Perfezionamento (Pisa, Italien) und Università Degli Studi di Siena (Italien). 7,7 Millionen Euro investiert die Europäische Union in das Projekt. Davon geht fast eine Million Euro an die Universität Bielefeld.

Weitere Informationen im Internet:
http://cordis.europa.eu/projects/rcn/106994_en.html

Kontakt:
Prof. Dr. Marc Ernst, Universität Bielefeld
Fakultät für Biologie / Kognitive Neurowissenschaften
Telefon: 0521 106-5700
E-Mail: marc.ernst@uni-bielefeld.de

Prof. Dr. Helge Ritter, Universität Bielefeld
Technische Fakultät / Neuroinformatik
Telefon: 0521 106- 12123
E-Mail: helge@techfak.uni-bielefeld.de

Kategorie: Forschung & Wissenschaft Veröffentlicht am 17.09.2013
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