Künstliches Sinnesorgan

Mit diesem Auge sehen Roboter besser

Von Manfred Lindinger
29.05.2020
, 16:46
Auch Roboter brauchen scharfe Augen, um ihre Umgebung wahrnehmen zu können. Bislang nutzen sie dazu meist Kameras. Ein bionisches Sinnesorgan könnte den Maschinenwesen bald zu mehr Sehvermögen verhelfen.

Wo bin ich? Diese Frage müssen auch Roboter beantworten können, etwa wenn sie Werkstücke bearbeiten oder Bauteile montieren, sich in einem unbekannten Terrain zurechtfinden und Hindernissen schnell ausweichen müssen sowie ein Ziel finden sollen. Roboter benötigen also wie jedes Lebewesen eine Art Auge

Bislang übernehmen Kameras mit lichtempfindlichen Sensoren auf einem flachen oder gewölbten Chip diese Aufgabe. Diese Anordnungen haben aber meist wenig Ähnlichkeit mit dem natürlichen Vorbild und reichen nicht an dessen Leistungsfähigkeit heran. Doch es gibt einen Lichtblick. Wissenschaftler von der Hongkong University of Science of Technology haben ein bionisches Auge entwickelt, das dem menschlichen Sinnesorgan in der äußeren Gestalt nachempfunden ist und mit dessen Eigenschaften durchaus konkurrieren kann.

Das Auge, das Zhiyong Fan und seine Kollegen geschaffen haben, hat wie sein biologisches Vorbild eine kugelförmige Gestalt. Es besitzt eine Glaslinse mit einer Blende als Pupille, eine Netzhaut und Sehnerven. Die Komponenten bestehen allerdings nicht aus biologischen Materialien, sondern aus anorganischen Werkstoffen. So ist die Netzhaut aus porösem Aluminiumoxid aufgebaut, in dessen Poren Fotosensoren eingelassen sind. Diese verwandeln wie die Sinneszellen der natürlichen Netzhaut – die Zäpfchen und Stäbchen – eintreffendes sichtbares Licht in elektrische Signale. Drähte aus einer speziellen Gallium-Indium-Legierung transportieren die Signale an einen Computer weiter, der das Bild erzeugt, das das Auge gerade sieht.

Schneller als biologische Sinneszellen

Das Gehäuse des künstlichen Sinnesorgans besteht aus Wolfram, das mit Aluminium beschichtet ist. Gefüllt ist die Kammer mit einer ionischen Flüssigkeit, die den Glaskörper des natürlichen Organs simuliert. Das flüssige Salz dient als Elektrolyt und verbessert die Leitfähigkeit der künstlichen Nervenzellen. Ein großer Fortschritt ist, wie die Forscher um Fan in der Zeitschrift „Nature“ schreiben, die halbschalenförmige Gestalt der künstlichen Retina. Dadurch habe man störende Lichtstreueffekte verringern und die Abbildungseigenschaften der Netzhaut optimieren können. Tests zeigten, dass das rund zwei Zentimeter große Auge Objekte registrierte, die sich in einem Raumwinkel von etwa hundert Grad aufhielten. Ein starres menschliches Auge hat ein Blickfeld von rund 130 Grad. Buchstaben wie ein Y, I und H ließen sich perfekt rekonstruieren.

Nach Aussagen der Forscher erfasst das künstliche Auge aus Hongkong einen fast ebenso großen Helligkeitsbereich wie das menschliche Pendant. Auf Änderungen der Intensität reagieren die Fotosensoren schneller als biologische Sinneszellen. Es hapert allerdings noch an der Auflösung. Diese ließe sich erhöhen, wenn man die Sensoren und die Drähte, die die elektrischen Signale transportieren, kleiner gestalten würde. So sind die Leitungen mit einem Durchmesser von 0,7 Millimeter zu dick. Auch wissen die Forscher um Fan noch zu wenig über die Langzeitstabilität ihres Auges. Zudem mangelt es noch an einer Zoom-Optik. Diese wäre gerade für Anwendungen in der Medizintechnik und der Robotik von Vorteil.

Quelle: F.A.Z.
Manfred Lindinger - Portraitaufnahme für das Blaue Buch "Die Redaktion stellt sich vor" der Frankfurter Allgemeinen Zeitung
Manfred Lindinger
Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.
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