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Fingerkuppen-Sensor mit Feingefühl

Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) und der Universität Tokyo haben einen ultradünnen Mess-Sensor entwickelt, der wie eine zweite Haut auf der Fingerkuppe getragen werden kann. Dadurch bleibt der Tastsinn am Finger unbeeinträchtigt und das Feingefühl erhalten. Der Sensor kann so wertvolle Daten für die Entwicklung neuer Technologien liefern.

Unsere Hände und Finger sind ein wichtiges Werkzeug im täglichen Umgang mit Gegenständen, anderen Menschen und unserer unmittelbaren Umgebung. Herauszufinden, wie genau der Tastsinn funktioniert und diese Daten aufzeichnen zu können, sind für Forschungsgebiete in der Medizin, im Sport, in den Neurowissenschaften oder auch für das Erlernen von Fähigkeiten von großer Bedeutung, bei denen Feingefühl erforderlich ist.

Jedoch ist die Generierung solcher Daten nicht leicht: Die Fingerspitzen eines Menschen sind sehr sensibel und reagieren bereits auf die kleinste spürbare Wahrnehmung, was das Messergebnis beeinflussen könnte. Ein Fingerkuppen-Sensor muss daher einerseits extrem dünn und flexibel sein aber andererseits auch Reibung sowie anderen physischen Einflüssen standhalten.

Um dieses Problem zu lösen, hat sich ein Team um David Franklin, Professor für Neuromuskuläre Diagnostik an der TUM, mit der Universität Tokyo zusammengetan. Hier haben Wissenschaftler unter der Leitung von Prof. Takao Someya einen sogenannten Nanomesh-Sensor entwickelt. Er besteht aus vier ultradünnen, nanostrukturierten Schichten, die sich „perfekt für die Messung des menschlichen Tastsinns eignen“ sagt Franklin. Als Passivierungs- und Trägerschicht dient eine Lage aus Polyurethan-Nanofasern. Darauf folgt eine ultradünne Schicht aus Gold, eine Zwischenlage aus Parylen-umhüllten Polyurethan-Nanofasern und zuletzt wieder eine Goldschicht. Eine abschließende dünne Schicht aus Polyurethan- und Polyvinylalkohol-Nanofasern schützt die vier Lagen des Sensors mechanisch. „Die Nanomesh Schichten werden im sogenannten Elektro-Spinning-Prozess hergestellt,“ sagt Someya. „Die Polyurethan-Nanofasern sind zwischen 200 und 400 Nanometer dünn, zweihundertmal dünner als ein menschliches Haar.“

Die Goldschichten sind eine Art Linien-Matrix, die den funktionellen elektronischen Bestandteil des Sensors bildet. Um sie herzustellen wurde Gold auf einer Trägerschicht aus Polyvinylalkohol aufgebracht, ein Kunststoff der auch für Kontaktlinsen verwendet wird. Dieser wird nach der Herstellung der Schicht ausgespült, sodass nur noch die Goldfasern erhalten bleiben. Die Forscher führten eine Testreihe mit 18 Probandinnen und Probanden durch. Alle Testpersonen gaben an, den Sensor nicht zu spüren. Ihre Fähigkeit, Gegenstände zu greifen, wurde nicht beeinträchtigt – wie es sich das die Forschungsgruppe erhofft hatte.

  

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