Eigenenergie-versorgte, hybride triboelektrisch-piezoresistive taktile Sensoranordnung auf Basis künstlicher Haut für Soft Robots

• Antragsteller: Dr. Amit Das; Professor Dr. Andreas Fery
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404941515

Die erste Periode des SPP2100-Antrags konzentrierte sich auf die Entwicklung multifunktionaler, vernetzter, gummibasierter und kostengünstiger Lösungen für piezoresistive und triboelektrische Tastsensor-Prototypen und deren anschließende Integration in Komponenten für Soft Robots. In der zweiten Projektphase sollen diese Ergebnisse konsolidiert und weiter ausgebaut werden. Es konnte gezeigt werden, dass der ultrasensitive triboelektrische Tastsensor bereits schwache Berührungen detektiert und dass dies durch eine zusätzliche topografische Funktionalisierung weiter beeinflusst werden kann. Wir beabsichtigen, funktionelle, kommerzielle Gummisubstrate zu entwickeln und zu designen, um durch den Einsatz von chemischem Oberflächen-Engineering, additiver Fertigungsmethoden, selbstheilender Eigenschaften und Transferdruck hochempfindliche triboelektrische und piezoresistive Sensorlösungen zu erhalten. Für Anwendungen in der Soft-Robotik werden insbesondere piezoresistive Sensoren mit hoher Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit angestrebt. In diesem Projekt schlagen wir erstmals vor, die gewünschten Eigenschaften, verbunden mit ausgezeichneter Empfindlichkeit zu erreichen, indem wir Dehnungssensoren auf Basis von Vakuum-Metallschichten einsetzen. Weiter beabsichtigen wir anstelle eines einzelnen Sensors, der menschlichen Haut nachempfundene hybride taktile Arrays herzustellen, welche hochdehnbar, langlebig und reaktionsfähig auf verschiedene Reize mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung sind. Das vorgeschlagene Haut-ähnliche taktile Modul kann eine hohe Reproduzierbarkeit mit einer größeren Oberflächenabdeckung auf Soft Robots bieten und dabei komplexe taktile Informationen aufzeichnen, indem es unterschiedliche elektrische Spannungssignale als Antwort auf Vibration, Berührung oder Kraft erzeugt. Darüber hinaus kann die E-Skin auch eine Eigenstromversorgung aufweisen, da das triboelektrische Tastmodul bei Kontaktreibung einen Ausgangsstrom (im Mikroampere-Bereich) erzeugen kann, welcher für den Betrieb von Sensoren und Arrays mit geringer Intensität ausreicht. Ein weiteres Ziel ist, selbstheilende Funktionen in gummibasierte Berührungs- und Kraftsensoren zu integrieren, um eine langlebige, wetterunabhängige Funktionsfähigkeit zu gewährleisten. Dieser Antrag wird die kumulative Entwicklung und die multilateralen Forschung zur komplexen Datenverarbeitung stark befördern, welche durch gemeinsame Entwicklungen mit anderen Projektpartnern im SPP2100 auf dem Gebiet der neuronalen Netze basierenden Algorithmen für maschinelles Lernen und computergestützte Modellierungsstudien beruhen,. Der vorliegende Antrag, der die Entwicklung einer künstlichen Haut für Soft-Robotik-Komponenten und die Signalverarbeitung durch computergestützte Methoden einbezieht, legt daher besonderen Wert auf belastbare kollaborative Ergebnisse innerhalb des SPP2100 im Hinblick auf interdisziplinäre Synergien zwischen E-Skin, Soft-Robotik und maschinellem Lernen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2100: Soft Material Robotic Systems