Taxel statt Pixel – Folie fühlt so genau wie eine Fingerspitze

Atlanta (USA) - Schon bald könnten die groben Greifer von Robotern mit einem empfindlichen Tastsinn ausgestattet werden. Mit diesem Ziel entwickelten Wissenschaftler vom Georgia Institute of Technology in Atlanta nun eine flexible Sensorfolie, in der tausende Bündel aus winzigen Nanodrähten sensibel auf mechanischen Druck reagieren. Analog zu den „Pixel“ genannten Bildpunkten eines Displays bezeichneten sie die einzelnen Sensoren als „Taxel“. Wie sie in einer Vorabveröffentlichung der Fachzeitschrift „Science“ berichten, sind die Eigenschaften der Sensorfolien durchaus vergleichbar mit dem Tastsinn von menschlichen Fingerspitzen.

„Jede mechanische Bewegung könnte so in ein Kontrollsignal übersetzt werden“, sagt Zhong Lin Wang von der Georgia School of Materials Science and Engineering. Für die ersten Prototypen ließ er zusammen mit seinen Kollegen mehr als 8.000 Bündel aus Zinkoxid-Nanodrähten auf einer durchsichtigen und elektrisch leitfähigen Folie wachsen. Wirkte auf diese Tastsensoren ein Druck von etwa zehn Kilopascal, entstand über den piezoelektrischen Effekt ein elektrischer Strompuls. Dieser übernahm wie in einem Transistor die Aufgabe, einen größeren Strom zu schalten. Bis zu 100 Taxel konnten die Forscher pro Zentimeter Folie anordnen. Damit erreichten sie eine Tastgenauigkeit von etwa einem Zehntel Millimeter. Zum Vergleich: In der Fingerspitze eines Menschen konzentrieren sich etwa 240 Tastrezeptoren auf einem Quadratzentimeter.

Den Fertigungsprozess dieser Tastfolien beherrschen die Forscher bereits so gut, dass sie in ihrem Labor einige hundert davon herstellen konnten. Derzeit arbeiten sie daran, die Bündel aus Zinkoxid-Nanodrähten weiter zu verkleinern. „Wenn es gelingt, einzelne Nanodrähte als Tastsensor zu nutzen, ließe sich die Empfindlichkeit mindestens um drei Größenordnungen steigern“, sagt Wang. Angewendet werden könnten die Tastfolien etwa als künstliche Haut für Roboter, damit diese leicht zerbrechliche Objekte schonender greifen können.

Interessant seien die Folien laut Wang auch für eine eindeutige und sichere Erkennung von Unterschriften. So könnten die Sensoren nicht nur den Schriftzug selbst, sondern auch Schreibdruck und Schreibgeschwindigkeit aufzeichnen. Dieses sind sehr individuelle Merkmale, die sich kaum von einem Fälscher imitieren lassen, und in Zukunft bei Geldautomaten etwa die Eingabe einer vierstelligen PIN ersetzen könnten.