Sehen und Fühlen Mechanischer Schnurrbart für Roboter

Ratten und Seehunde haben es vorgemacht, jetzt sollen Roboter gleichziehen: Mit einem künstlichen Schnurrbart sollen Maschinen künftig ihre Umgebung ertasten - und sogar fremde Planeten und die Tiefsee erkunden.

Mit ihren Schnurrbarthaaren können manche Tiere regelrecht sehen. Ratten beispielsweise lassen ihre Barthaare so lange kreisen, bis sie auf einen Gegenstand stoßen: So tasten sie die Oberfläche ab. Anderen Tieren dienen die sensiblen Vibrissen - so der Fachausdruck für diese Tasthaare - als Navigationshilfe. Auch Roboter sollen solch einen Seh-Tast-Sinn bekommen – damit sie unbekanntes Terrain besser erkunden können. Die ersten künstlichen Barthaare, mit denen das möglich werden soll, hat nun ein US-Forscherduo entwickelt.

Der von Joseph Solomon und Mitra Hartmann entwickelte Schnurrbart soll wie bei Ratten die dreidimensionale Form von Objekten erfassen. Zugleich sollen die Haare auch die Stärke und die Richtung von Strömungen in Flüssigkeiten wahrnehmen - wie Seehunde es können. Dazu müsse lediglich die Beugung am Ende der künstlichen Barthaare bestimmt werden, schreiben die Forscher von der Northwestern University in Evanston (US-Bundesstaat Illinois) im Wissenschaftsmagazin "Nature".

Schnurrbart aus Federstahl-Drähten erkennt einen Kopf

Anders als Ratten, die ihre Schnurrbarthaare drehen, halten Seehunde ihre Sinneshaare eher still und warten, bis sie von einer Strömung bewegt werden. In beiden Fällen verändert sich beim Kontakt mit einer Oberfläche oder einer Strömung das sogenannte Biegemoment. Das ist die Summe aller von einer bestimmten Seite auftreffenden Kräfte am Ende des Haares. Wie groß diese Veränderung ist, hänge direkt davon ab, wie weit der Gegenstand vom Haarende entfernt ist: Das hätten sie mit einer Computersimulation herausgefunden, berichten die beiden Bioingenieure.

Dieser Zusammenhang bildet auch die Basis des künstlichen Schnurrbarts: Solomon und Hartmann platzierten vier unterschiedlich lange Drähte aus Federstahl nebeneinander, statteten die Enden mit Dehnungsmessern aus und strichen mit dieser Anordnung über eine kleine Skulptur, die einen Kopf darstellte. Als sie anschließend die Auslenkung der Messgeräte an verschiedenen Punkten analysierten und die Daten miteinander verbanden, erhielten die Forscher nach eigenen Angaben eine sehr detailgetreue Abbildung des Kopfes.

Kunsthaare sollen Oberfläche fremder Planeten erkunden

Auch für die Strömungsmessung bewährte sich das Prinzip, habe ein anschließender Test gezeigt. Für diesen veränderten die Forscher ihren mechanischen Schnurrbart so, dass jeweils vier einzelne Haare versetzt an zwei sich gegenüberliegenden Balken angebracht waren. Wurde anschließend Luft auf diese Anordnung geblasen, konnte aus den Daten von den Dehnungsmessern die Strömungsgeschwindigkeit zuverlässig berechnet werden.

Die Wissenschaftler vermuten, dass die Veränderung des Biegemoments in der Natur das Vibrationssystem der Schnurrhaare ergänzt. Mit seiner Hilfe nehmen Tiere die Beschaffenheit von Oberflächen wahr. Solomon und Hartmann wollen ihre künstliche Variante nun weiter verfeinern, so dass etwa Strömungen auch dreidimensional abgebildet werden können. Dann könnten Roboter mit den mechanischen Schnurrbarthaaren ausgestattet werden und helfen, fremde Planeten oder auch bislang unbekannte Bereiche der Tiefsee zu erkunden. Auch autonome Unterwassergeräte könnten mit dem künstlichen Schnurrbart besser navigieren.

fba/ddp

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