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Sensorik: Haariger Tastsinn für Roboter

Die Vorbilder sind Ratten und Robben. Mit ihren Schnurrbarthaaren ertasten die Tiere Dinge, die im Dunkeln nicht zu sehen sind, und Strömungen, die selbst im Licht mit den Augen nicht zu erkennen sind. Fähigkeiten, mit denen auch autonome Roboter etwas anfangen könnten.
Feines Tastinstrument: Die Barthaare von NagernLaden...
Sie stehen an entgegengesetzten Enden der Beliebtheitsskala: Während Ratten bei vielen Menschen unwillkürlich ein Gefühl der Abscheu hervorrufen, tummeln sich Robben in vielen Großaquarien und Delfinarien als publikumswirksame Sympathieträger. Und trotzdem haben die Vierbeiner aus den dunklen Kanälen und die Flossenträger aus den kühlen Gewässern eines gemeinsam, wofür sich nüchterne Wissenschaftler mit wachsender Begeisterung interessieren – beide Tiergruppen orientieren sich mit Hilfe von Schnurrbarthaaren.

Säugetiere setzen ihre Schnurrhaare unterschiedlich einLaden...
Säugetiere setzen ihre Schnurrhaare unterschiedlich ein | Bei Ratten übernimmt der Tastsinn in ihren lichtarmen Lebensräumen vielfach die Aufgabe der Augen, wenn es darum geht, die Form und Eigenschaften eines Objekts zu ergründen. Dazu vermögen sie sogar, die Haare aktiv zu rotieren und so den Gegenstand regelrecht einzuscannen. Der Schnurrbart von Robben besteht hingegen aus recht starren Haaren, die passiv von den Wirbeln im Wasser gebogen werden. Anhand der unterschiedlichen Krümmungen kann das Tier die Spur einer wegschwimmenden Beute ermitteln und die Mahlzeit "nach Gefühl" verfolgen.
Bei den Ratten übernimmt der Tastsinn in ihren lichtarmen Lebensräumen vielfach die Aufgabe der Augen, wenn es darum geht, die Form und Eigenschaften eines Objekts zu ergründen. Dazu vermögen sie sogar, die Haare aktiv zu rotieren und so den Gegenstand regelrecht einzuscannen. Der Schnurrbart von Robben besteht hingegen aus recht starren Haaren, die passiv von den Wirbeln im Wasser gebogen werden. Anhand der unterschiedlichen Krümmungen kann das Tier die Spur einer wegschwimmenden Beute ermitteln und die Mahlzeit "nach Gefühl" verfolgen.

Das wären doch Eigenschaften, die ein auf sich selbst gestellter Roboter ebenfalls gut gebrauchen könnte, meinen die Ingenieure Joseph Solomon und Mitra Hartmann von der Northwestern-Universityät in Illinois. Düstere Ecken gibt es schließlich auf jedem fernen Planeten und in nahen Höhlensystemen ebenso wie in verschütteten Kohlegruben, havarierenden Kernkraftwerken und explosionsgefährdeten Chemieanlagen. Kurz: Gegenden, in welche man lieber keine Menschen schicken möchte, wo aber dringend ein Job zu erledigen wäre. Und was das Fährtenlesen unter Wasser anbelangt, dürfte Meeresbiologen, Unterwasserarchäologen und Militärstrategen eine Fülle von sinnbringenden Einsatzvarianten einfallen. Kaum zu glauben also, dass die Welt es bislang alleine mit glatt rasierten Automaten ausgehalten hat.

Bevor die Sojourners und Explorers der Zukunft aber mit Tasthaaren ausgestattet werden, muss erstmal nachgewiesen werden, dass Roboter ebenso mit diesem Sinn umgehen könnten wie Tiere und wie das überhaupt funktionieren soll. Zu diesem Zweck haben Solomon und Hartmann zunächst eine Simulation einzelner Haare in den Computer gefüttert. Damit zeigten sie, dass ein Objekt das Haar umso stärker biegen sollte, je dichter es an dessen Basis angreift. Ein nicht sonderlich überraschendes Ergebnis, das jedoch immerhin mit den nachfolgenden experimentellen Daten exzellent übereinstimmte.

Technischer Schnurrhaar-Ersatz in verschiedenen LängenLaden...
Technischer Schnurrhaar-Ersatz in verschiedenen Längen | Mit einem vierhaarigen Sensor etwa spürten sie den Konturen eines kleinen Kunstkopfes nach. Tatsächlich waren die dabei gewonnenen Informationen ausreichend, um das Gesicht im Computer zu rekonstruieren.
Anschließend konstruierten die Forscher etwas komplexere Versuchsmodelle. Mit einem vierhaarigen Sensor etwa spürten sie den Konturen eines kleinen Kunstkopfes nach. Tatsächlich waren die dabei gewonnenen Informationen ausreichend, um das Gesicht im Computer zu rekonstruieren. Und auch der Strömungsmesser aus zwei Vierer-Reihen von Tastern konnte so exakt wie ein hochwertiges Messinstrument die jeweilige Stärke des Wasserstroms angeben und seine Richtung bestimmen.

Was sich in der Natur längst bewährt hat, dürfte demnach auch in der Technik gut funktionieren. Ob dereinst behaarte Roboter für uns vorurteilsbeladene Menschen eher in die Kategorie "süß" oder "Igitt" fallen werden, wird vermutlich eine Frage des Designs sein. Mit Sicherheit werden die Automaten sich aber ebenso wenig um unser Geschmacksurteil scheren wie Ratten und Robben.
05.10.2006

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 05.10.2006

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