Taktiler Sensor

Ein taktiler Sensor ist ein Gerät, das Informationen misst, die durch physikalische Interaktion mit seiner Umgebung entstehen. Taktile Sensoren werden im Allgemeinen nach dem biologischen Gefühl der kutanen Berührung modelliert, das in der Lage ist, Stimuli, die aus mechanischer Stimulation, Temperatur und Schmerz resultieren, zu erfassen (obwohl die Schmerzerkennung bei künstlichen taktilen Sensoren nicht üblich ist). Taktile Sensoren werden in Robotik, Computerhardware und Sicherheitssystemen eingesetzt. Eine häufige Anwendung taktiler Sensoren besteht in Touchscreen-Geräten auf Mobiltelefonen und Computern.

Taktile Sensoren können verschiedene Arten sein, einschließlich piezoresistiver, piezoelektrischer, kapazitiver und elastoresistiver Sensoren.

Solche Sensoren können Informationen über Folgendes sammeln:

die Position, Form und Ausrichtung des zu berührenden Objekts
Werte und Kraftrichtung im Kontaktbereich
Unterhose
Wärmeleitfähigkeit und absolute Temperatur des Körpers, der berührt wird
Textur und Oberflächenfeuchtigkeit
Härte

Einstufung

Taktile Kraftsensoren
Widerstandsmatrix – zwei senkrechte Ebenen paralleler Elektroden, die durch ein piezoresistives Material voneinander getrennt sind. Der Punkt des Arrays ist am Schnittpunkt von senkrechten Elektroden definiert.
Magnetischer Widerstandssensor
Taktiler Sensor mit piezoelektrischer Schicht
Taktiler Sensor mit Infrarotstrahlung

Empfindliche taktile Sensoren
Taktiler Sensor mit leitfähigen Gummischichten
Kapazitiver taktiler Sensor
Optoelektronischer Tastsensor
Taktiler Sensor mit Dipolmoment

Verwendet
Taktile Sensoren treten im Alltag auf, z. B. Aufzugsknöpfe und Lampen, die durch Berühren der Basis dimmen oder aufhellen. Es gibt auch unzählige Anwendungen für taktile Sensoren, die die meisten Menschen niemals kennen.

Sensoren, die sehr kleine Änderungen messen, müssen sehr hohe Empfindlichkeiten aufweisen. Sensoren müssen so konzipiert sein, dass sie einen geringen Einfluss auf das Messergebnis haben. Durch das Verkleinern des Sensors wird dies häufig verbessert und andere Vorteile können entstehen. Taktile Sensoren können verwendet werden, um die Leistung aller Arten von Anwendungen zu testen. Zum Beispiel wurden diese Sensoren bei der Herstellung von Automobilen (Bremsen, Kupplungen, Türdichtungen, Dichtungen), Batteriekaschierung, Schraubenverbindungen, Brennstoffzellen usw. verwendet.

Taktile Bildgebung als medizinische Bildgebungsmodalität, bei der der Tastsinn in ein digitales Bild umgewandelt wird, basiert auf taktilen Sensoren. Die taktile Bildgebung ahmt die manuelle Palpation eng nach, da die Sonde der Vorrichtung mit einer an ihrem Gesicht angebrachten Drucksensoranordnung ähnlich wie menschliche Finger während der klinischen Untersuchung wirkt, Weichgewebe durch die Sonde verformt und resultierende Änderungen im Druckmuster erfasst.

Roboter, die für die Interaktion mit Objekten konzipiert sind, die eine Handhabung erfordern, die Präzision, Fingerfertigkeit oder Interaktion mit ungewöhnlichen Objekten erfordert, benötigen einen sensorischen Apparat, der funktional den taktilen Fähigkeiten eines Menschen entspricht. Taktile Sensoren wurden für den Einsatz mit Robotern entwickelt. Taktile Sensoren können visuelle Systeme ergänzen, indem sie zusätzliche Informationen bereitstellen, wenn der Roboter ein Objekt greift. Zu diesem Zeitpunkt reicht das Sehen nicht mehr aus, da die mechanischen Eigenschaften des Objekts nicht allein durch das Sehen bestimmt werden können. Um Gewicht, Textur, Steifigkeit, Massenschwerpunkt, Reibungskoeffizienten und Wärmeleitfähigkeit zu bestimmen, müssen das Zusammenspiel von Objekten und eine Art taktiler Erfassung erfolgen.

In Robotern in der Kriegsführung und im Maschinenbau werden verschiedene Klassen taktiler Sensoren verwendet

Drucksensor-Arrays
Drucksensorarrays sind große Gitter von Takteln. Ein “Taktel” ist ein “taktiles Element”. Jedes Taktel kann normale Kräfte erkennen. Sensoren auf Tactel-Basis bieten ein hochauflösendes “Bild” der Kontaktfläche. Neben räumlicher Auflösung und Kraftempfindlichkeit sind Fragen der Systemintegration wie Verdrahtung und Signalführung wichtig. Drucksensor-Arrays sind in Dünnschichtform erhältlich. Sie werden hauptsächlich als analytische Werkzeuge für Ingenieure und Techniker im Fertigungs- und F & E-Prozess eingesetzt und für den Einsatz in Robotern angepasst. Beispiele für solche Sensoren, die den Verbrauchern zur Verfügung stehen, umfassen Arrays aus leitfähigem Kautschuk, Bleizirkonattitanat (PZT), Polyvinylidenfluorid (PVDF), PVDF-TrFE, FET und metallische kapazitive Sensorelemente.

Dehnungsmessstreifen-Rosetten
Dehnungsmessstreifen-Rosetten bestehen aus mehreren Dehnungsmessstreifen, wobei jeder Messstreifen die Kraft in eine bestimmte Richtung erfasst. Wenn die Informationen von jedem Dehnungsmessstreifen kombiniert werden, ermöglicht die Information die Bestimmung eines Musters von Kräften oder Drehmomenten.

Biologisch inspirierte taktile Sensoren
Es wurde eine Reihe von biologisch inspirierten Designs vorgeschlagen, die von einfachen, Whisker-artigen Sensoren, die jeweils nur einen Punkt messen, über fortschrittlichere Fingerspitzen-Sensoren reichen, bis hin zu hautähnlichen Sensoren wie beim neuesten iCub (Zitat erforderlich). Biologisch inspirierte taktile Sensoren enthalten oft mehr als eine Erfassungsstrategie. Zum Beispiel könnten sie sowohl die Druckverteilung als auch das Kräftemuster erfassen, das von Drucksensoranordnungen und Dehnungsmessstreifen-Rosetten ausgehen würde, was eine Zwei-Punkt-Unterscheidung und eine Kraftmessung mit einer menschenähnlichen Fähigkeit ermöglicht.

Fortgeschrittene Versionen biologisch entwickelter taktiler Sensoren umfassen eine Schwingungserfassung, von der festgestellt wurde, dass sie wichtig ist, um die Wechselwirkungen zwischen dem taktilen Sensor und Objekten zu verstehen, bei denen der Sensor über das Objekt gleitet. Solche Interaktionen werden nun als wichtig für die Verwendung von Werkzeugen für Menschen und für die Beurteilung der Textur eines Objekts verstanden. Ein solcher Sensor kombiniert Kraftmessung, Vibrationserfassung und Wärmeübertragungserfassung.

DIY und Open-Hardware Taktile Sensoren
Vor kurzem wurde ein hochentwickelter taktiler Sensor für offene Hardware entwickelt, der es Enthusiasten und Hobbyisten ermöglicht, mit einer ansonsten teuren Technologie zu experimentieren. Mit dem Aufkommen billiger optischer Kameras wurden außerdem neuartige Sensoren vorgeschlagen, die mit einem 3D-Drucker einfach und kostengünstig aufgebaut werden können.