Prothesen sollen laut Forschern der University of Glasgow menschlichen Gliedern ähnlicher werden

Ingenieure der University of Glasgow http://gla.ac.uk haben eine künstliche Haut mit einer neuartigen Form der Signalverarbeitung entwickelt. Sie ist mit «synaptischen Transistoren» ausgestattet, die die Nervenbahnen des menschlichen Gehirns nachahmen, um zu lernen. Eine Roboterhand, die die smarte Haut nutzt, zeigt eine bemerkenswerte Fähigkeit, auf äußere Reize zu reagieren.

Zu lange Datenverarbeitung

Wissenschaftler arbeiten seit Jahrzehnten an der Entwicklung einer künstlichen Haut mit Berührungsempfindlichkeit. Meist verteilen sie eine Reihe von Drucksensoren über die Oberfläche, damit diese erkennen kann, wann sie mit einem Objekt in Kontakt kommt. Die Sensoren erzeugen in der Regel eine so große Datenmenge, dass deren Verarbeitung in einem Computer einige Zeit in Anspruch nimmt, sodass die Reaktion auf eine Berührung mit Verzögerung eintritt.

Die elektronische Haut des Glasgower Teams lässt sich davon inspirieren, wie das periphere Nervensystem des Menschen Signale von der Haut interpretiert. Erhält die menschliche Haut einen Input, beginnt das periphere Nervensystem mit der Verarbeitung am Kontaktpunkt und reduziert die Signale auf die wesentlichen Infos, bevor sie an das Gehirn gesendet werden. Diese Reduzierung der sensorischen Daten ermöglicht eine effiziente Nutzung der Kommunikationskanäle, die erforderlich sind, um die Daten an das Gehirn zu senden, das dann fast in Echtzeit reagieren kann.

168 synaptische Transistoren

Die Forscher haben ein Gitter aus 168 synaptischen Transistoren aus Zinkoxid-Nanodrähten direkt auf die Oberfläche einer flexiblen Kunststoffoberfläche gedruckt und verbanden sie mit ebenso vielen Drucksensoren an der Oberfläche der künstlichen Haut. Werden die Sensoren mechanisch gereizt, ändert sich ihr elektrischer Widerstand. Eine kleine Änderung entspricht einer leichten Berührung und eine stärkere führt zu einer größeren Widerstandsänderung. Das ahmt die Funktionsweise sensorischer Neuronen im menschlichen Körper nach.

Diese Hand haben die Entwickler einem Trainingsprogramm ausgesetzt, bei dem die Hand lernte, auf Berührungen zu reagieren – etwa dem Piksen mit einer Nadel schnell auszuweichen. Die neue Haut lässt sich den Wissenschaftler nach beispielsweise in neuartigen Prothesen einsetzen, die ein fast menschliches Maß an Berührungsempfindlichkeit aufweisen.