Ein Forschungsteam der TU Chemnitz und des Leibniz IFW Dresden entwickelt einen neuen Ansatz zur Miniaturisierung ultra-kompakter und hoch integrierter Sensoreinheiten für eine gerichtete Reizempfindlichkeit bei E-Skin-Systemen. Die Einsatzfelder dieser elektronischen sensitiven Haut reichen vom Hautersatz über Anwendungen als medizinische Sensoren am Körper bis hin zu künstlicher Haut für zum Beispiel menschenähnliche Maschinen wie humanoide Roboter und Androiden. E-Skin ist aktuell noch kaum in der Lage, den vollen Informationsgehalt einer Berührung wahrzunehmen: Während man in der Regel kleinste Berührungen der Härchen auf dem Arm spüren und auch die Richtung der Berührung zuordnen kann, gelang es technologisch bisher nicht, die Richtung taktiler Einflüsse auf E-Skin-Oberflächen zu erfassen.
Anordnung der Sensorelemente in 3 Dimensionen
Ein Forschungsteam unter Leitung von Prof. Dr. Oliver G. Schmidt, Inhaber der Professur Materialsysteme der Nanoelektronik sowie Wissenschaftlicher Direktor des Zentrums für Materialien, Architekturen und Integration von Nanomembranen (MAIN) der Technischen Universität Chemnitz, hat nun eine Methode vorgestellt, um eine äußerst empfindliche Einheit richtungsabhängiger magnetischer 3D-Sensoren zu entwickeln, die in ein E-Skin-System integriert werden kann. Dabei nutzten sie einen völlig neuen Integrationsansatz zur Miniaturisierung und ultrakompakten Anordnung mikroelektronischer Komponenten, das sogenannte Mikro-Origami-Verfahren.
Bild: TU Chemnitz
Christian Becker, Doktorand in der Forschungsgruppe von Prof. Schmidt am Forschungszentrums MAIN der TU Chemnitz und Erstautor der Studie, sagt: „Unser Ansatz erlaubt die exakte Anordnung funktionaler Sensorelemente in drei Dimensionen, die in einem parallelen Verfahrensschritt auf einem Chip erzeugt werden kann. Solche Sensorsysteme sind mit konventionellen Methoden der Mikroelektronik extrem schwer herzustellen“.
3D-Sensoren lassen E-Skin fühlen
Darüber hinaus ist es dem Forschungsteam gelungen, die 3D-Magnetfeldsensoren mit feinsten künstlichen Härchen in eine künstliche Haut zu integrieren. Die Härchen wurden jeweils mit einer magnetischen Wurzel ausgestattet. Die Haut besteht aus einer elastischen Polymermatrix, in die Elektronik und Sensorik integriert wurde. Das ist so ähnlich wie bei echter organischer Haut, in der die Nerven und Sinneszellen eingebettet sind.
Bild: Forschungsgruppe Prof. Dr. Oliver G. Schmidt/TU Chemnitz
Die magneto-mechanische Kopplung zwischen 3D Magnetfeldsensor und magnetischer Haarwurzel stattet E-Skin mit einer neuen Form der berührungsempfindlichen Wahrnehmung aus. Diese Fähigkeit ist zum Beispiel von großer Bedeutung, wenn Menschen und Roboter eng zusammenarbeiten und ein Roboter seinen menschlichen Gegenpart kurz vor einer gewollten Berührung oder einer gefährlichen Kollision vorausschauend und exakt wahrnehmen soll. (eve)
