Gevoelige sensoren verbeteren menselijke aanraking

Mensen hebben een goed ontwikkeld gevoel voor aanraking, wat nodig is om objecten op de juiste manier te kunnen manipuleren. Toch zijn er tal van voorbeelden te noemen waarbij dit vernuftige systeem in de soep loopt. Denk bijvoorbeeld aan een verwonde huid of het gebruik van een handschoen. Zo vinden chirurgen het vaak lastig dat handschoenen hun vermogen om zachte weefsels af te tasten in de weg zitten. En ook astronauten lopen tegen het probleem aan waarbij zij gehinderd worden door zware ruimtepakken. Maar hier lijkt een oplossing voor gevonden te zijn: ultragevoelige sensoren die prikkels om kunnen zetten naar elektrische signalen.

Het nieuwe tactiel-verbeteringssysteem werkt op basis van een speciale sensor, zo schrijven de onderzoekers deze week in Applied Physics Reviews. De sensor heeft een opmerkelijke gevoeligheid, waardoor de drager zelfs de aanraking van een veer of het vallen van waterdruppeltjes kan detecteren. De sensor is geïnspireerd door het exoskelet van een spin, een idee dat in eerder onderzoek ook al aan het licht kwam. Een patroon van kleine scheurtjes zorgt ervoor dat de spin kleine bewegingen kan detecteren. Op vergelijkbare wijze zijn er bij de sensor minuscule scheurtjes gecreëerd in een dunne laag elektrisch geleidend zilver, waardoor aanrakingen met behulp van elektrische signalen geregistreerd worden.

(Credits: Rongrong Bao)

Visueel systeem

Voor mensen met een verzwakte aanraaksensatie spelen andere zintuigen, zoals zicht of gehoor, een grote rol bij het uitvoeren van nauwkeurige bewegingen. Om deze reden werden de verkregen elektrische signalen van de sensoren omgezet in visuele output, waarbij de aanrakingen zichtbaar worden gemaakt op een scherm.

Michaël Wiertlewski, expert op het gebied van mens-robotinteracties (TU Delft): “Het is indrukwekkend hoe dun de sensoren zijn. De sensoren kunnen toegepast worden als ‘tatoeage’ terwijl ze de normale werking van de menselijke vingers niet lijken te verstoren. Ook hebben de sensoren een heel breed bereik. Men moet immers een veer op de huid kunnen voelen, maar ook tientallen kilo’s in gewicht kunnen waarnemen bij het vasthouden van een koffer. Het is lastig om zo’n breed bereik na te bootsen met technische sensoren.De manier waarop de onderzoekers dit uitgevoerd hebben is zeer elegant.”

Tastwaarneming

Wiertlewski vervolgt: “Waar ik denk dat de studie verbeterd zou kunnen worden, is dat de feedback alleen via het zicht is. De gebruiker krijgt informatie vanuit het visuele signaal, niet omdat er een versterking van het gevoel plaatsvindt. Er zijn ook taken waarbij geen visuele aandacht nodig is zoals het zoeken naar sleutels in een zak. Hierbij moet men uitsluitend vertrouwen op een acuut gevoel van aanraking. In de toekomst zullen de onderzoekers moeten kijken of zij een goede manier vinden om haptische, ofwel tastsensaties te leveren.”

Hoogleraar experimentele natuurkunde Hans Hilgenkamp (Universiteit Twente) sluit zich hierbij aan: “Een mooie toevoeging zou zijn als het signaal niet alleen wordt gemeten, maar ook wordt versterkt en als voelbaar signaal wordt doorgegeven. De gebruiker voelt een versterkt signaal dan écht met de vingers en ziet niet alleen een gemeten signaal op een monitor. Praktisch gezien betekent dat dus dat men het signaal meet aan de buitenkant en doorgeeft naar de binnenkant van de handschoen. Dit maakt het mogelijk om het signaal verder te verspreiden, via het internet, of zelfs naar een handschoen van iemand aan de andere kant van de wereld”.

Bron: Applied Physics Reviews