Die bionische Hand der Johns Hopkins University erkennt, was sie greift, und passt Griffhaltung und -stärke dementsprechend an. (Bild: Sriramana Sankar/Johns Hopkins University)
Das Hybriddesign des Systems ist eine Neuheit für Roboterhände, die bisher entweder zu starr oder zu weich waren, um die menschliche Berührung beim Umgang mit Objekten unterschiedlicher Texturen und Materialien realistisch nachzuahmen. Die Innovation bietet eine vielversprechende Lösung für Menschen mit Handverlust und könnte die Interaktion von Roboterarmen mit ihrer Umgebung verbessern.
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Die menschliche Hand als Vorbild
„Das Ziel war von Anfang an, eine Handprothese zu entwickeln, die wir nach dem Vorbild der physischen und sensorischen Fähigkeiten der menschlichen Hand modellieren – eine natürlichere Prothese, die funktioniert und sich anfühlt wie ein verlorenes Glied“, sagte Sriramana Sankar , ein Doktorand der Biomedizintechnik an der Johns Hopkins University, der die Arbeit leitete.
Drei Schichten taktiler Sensoren
Das Gerät wurde vom selben Labor für Neuroengineering und biomedizinische Instrumente entwickelt, das 2018 die weltweit erste elektronische „Haut“ mit menschenähnlichem Schmerzempfinden schuf. Es verfügt über ein Mehrfingersystem mit gummiartigen Polymeren und einem starren, 3D-gedruckten Innenskelett.
Seine drei Schichten taktiler Sensoren, die von den Schichten der menschlichen Haut inspiriert sind, ermöglichen es ihm, Objekte verschiedener Formen und Oberflächenstrukturen zu greifen und zu unterscheiden, anstatt nur Berührungen zu erkennen. Jedes seiner weichen, luftgefüllten Fingergelenke kann mit den Muskeln des Unterarms gesteuert werden, und Algorithmen des maschinellen Lernens fokussieren die Signale der künstlichen Berührungsrezeptoren, um ein realistisches Tastgefühl zu erzeugen, sagte Sankar.
Elektrische Nervenstimulation für sensorisches Feedback
„Die sensorischen Informationen seiner Finger werden in die Sprache der Nerven übersetzt, um durch elektrische Nervenstimulation ein natürliches sensorisches Feedback zu liefern“, sagte Sankar. Im Labor identifizierte und manipulierte die Hand 15 Alltagsgegenstände mit einer Genauigkeit von 99,69 %, darunter empfindliche Plüschtiere, Spülschwämme und Pappkartons, aber auch Ananas, Metallwasserflaschen und andere robustere Gegenstände.
Das folgende Video zeigt die bionische Hand bei Tests im Labor:
„Wir kombinieren die Stärken von starrer und weicher Robotik, um die menschliche Hand nachzuahmen“, sagte Sankar. „Die menschliche Hand ist weder komplett starr noch rein weich – sie ist ein Hybridsystem, bei dem Knochen, weiche Gelenke und Gewebe zusammenarbeiten.“