Mit einem leichten Druck weiß man, ob eine Avocado, ein Pfirsich oder eine Tomate reif ist. Das macht auch eine weiche Roboterhand, zum Beispiel bei der automatischen Ernte. Bislang benötigte ein solcher Greifer jedoch Sensoren in seinen "Fingern", um festzustellen, ob die Frucht reif genug ist. Shibo Zou und Bas Overvelde von der AMOLF Soft Robotic Matter Group haben eine externe Methode entwickelt, um die Interaktion von Soft Robots mit ihrer Umgebung zu messen, die keine eingebauten Sensoren benötigt. Darüber hinaus kann die Technik leicht auf eine Reihe bestehender Softroboter angewendet werden. Die Forschungsergebnisse wurden am 15. Januar 2024 in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
"Wie können wir Softroboter in die Lage versetzen, etwas zu fühlen, ohne dass dafür eingebaute Sensoren erforderlich sind? Das können wir jetzt tun, indem wir den Druck von außen messen", erklärt Bas Overvelde. Zusammen mit dem Forscher Shibo Zou aus seiner Gruppe und Forschern der Technischen Universität Eindhoven hat er ein System entwickelt, mit dem von außen gemessen werden kann, wie weiche Roboterfinger auf Interaktionen mit der Umgebung reagieren.
Dazu messen die Forscher den erforderlichen Luftdruck, um die Finger des Roboters zu bewegen. Denn die Finger greifen etwas, indem sie wie ein Luftballon aufgeblasen werden. Wenn sie während des Greifvorgangs auf etwas stoßen, ist mehr Kraft erforderlich, um sie aufzublasen, so wie es mehr Kraft erfordert, einen Luftballon aufzublasen, wenn man ihn gleichzeitig zusammendrückt. Der zusätzliche Kraftaufwand kann von außen gemessen werden, sodass in den Roboterfingern keine Sensoren mehr erforderlich sind.
Einer der von den Forschern angepassten weichen Greifer kann Tomaten pflücken. Der Roboter greift eine Tomate mit vier weichen Fingern und pflückt sie dann durch Drehen. Durch die Messung des Drucks während des Greifvorgangs weiß der Roboter, ob er die Tomate richtig hält. Der Roboterarm kann auch Tomaten sortieren. Bei einer überreifen Tomate misst das System weniger Druck als bei einer reifen Tomate und legt die überreife Tomate deshalb zur Seite.
Vielfältig einsetzbar
All diese Entscheidungen und Handlungen werden von dem Druckregler bestimmt, den die Forscher entwickelt haben. Dank dieses externen Geräts benötigen die Finger keine Sensoren mehr. Overvelde erklärt: "Sensoren sind hart, und das ist für weiche Roboterfinger nicht ideal. Außerdem muss man für jede Anwendung neue Sensoren entwickeln, die auch für den Einsatz in Lebensmitteln oder medizinischen Anwendungen geeignet sein müssen. Wir haben ein Plug-and-Play-System (zum Nachrüsten) entwickelt und gezeigt, dass es auf einer Vielzahl von Softrobotern eingesetzt werden kann, ohne dass viele Anpassungen erforderlich sind. Das Pflücken von Tomaten ist nur eine Anwendung."
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