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0 6 -2 5 · w w w c o m p u t e r - a u t o m a t i o n d e | 7 Me n s c h - Ro b o t e r - In t e r a k t i o n eine performante Elektronik um die elektromagnetische Umgebung im Nahfeld zu erkennen und eine Anpassung in Echtzeit zu gewährleisten Das Funktionsprinzip Die Sensorhaut verzichtet auf das herkömmliche Konzept der Gruppeantennen die aus einer hohen Anzahl von diskreten Antennenelementen besteht Stattdessen verfügt sie über ein strukturiertes Meta-Surface auf dem die Strahlungsströme großflächig über ein spezielles Muster von Metallelementen fließen Die Oberfläche besteht dabei – neben den metallischen Anteilen – aus einem flexiblen beziehungsweise dehnbaren Substrat Dieses Substrat passt sich der Form des Roboters an und wird so nahtlos zu einem Teil seines Äußeren Die Sensorhaut arbeitet im Mikrowellenfrequenzband und funktioniert sowohl im Nahals auch im Fernfeld Sie bietet hochauflösende Erfassungsmöglichkeiten und ermöglicht robuste Kommunikationsverbindungen Die Fähigkeit der Haut auch reaktive Felder zu manipulieren ermöglicht einen schnellen Wechsel zwischen Nahund Fernfeldfunktionalität Die integrierte Elektronik schätzt laufend die Wellenausbreitung und die Impedanz über der Oberfläche auf welcher sogenannte Leckwellen entstehen und passt sich so an Veränderungen in der elektromagnetischen Umgebung an Weitere Vorteile des Ansatzes • Die Sensorhaut bietet eine zentimetergenaue Nahfeldwahrnehmung die es Robotern ermöglicht Objekte und menschliche Gesten in ihrer unmittelbaren Umgebung zu erkennen • Neben der Umgebungswahrnehmung wird gleichzeitig eine Fernfeldkommunikation für einen effizienten drahtlosen Datenaustausch mit Basisstationen oder anderen Geräten ermöglicht • Die Haut ermöglicht im Fernfeld eine Strahlformung ohne konventionelle und teure Phased Array-Technologie Dadurch wird eine kostengünstige Fokussierung elektromagnetischer Strahlen auf bestimmte Ziele ermöglicht wobei weniger aktive Komponenten benötigt werden • Die aus flexiblen und dehnbaren Materialien hergestellte Haut passt sich an verschiedene Robotergeometrien an und behält ihre Leistung auch dann bei wenn sie gebogen oder verformt wird • Durch die Verringerung der Anzahl aktiver Elemente und die Nutzung der Oberflächenwellenausbreitung arbeitet die Sensorhaut mit geringerem Stromverbrauch und erzeugt dabei eine verringerte Wärmeabgabe Das flexible Design der ‚Fitness‘-Haut eignet sich sowohl zur Nachrüstung bestehender Robotersysteme als auch zur Integration in neue Designs Die spezielle Architektur reduziert die Komplexität der Implementierung Zudem sorgt die geometrische Konformität für nur minimale Auswirkungen auf den Formfaktor des Roboters Das Back-End in der innenliegenden aktiven Lage der Sensorhaut speist das Meta-Surface und beinhaltet die gesamte notwendige Elektronik in einer kompakten Form Zukünftige Entwicklungen zielen auf eine Fähigkeit zur Selbstkalibration ab Dazu soll die Haut ihre eigene Krümmung erkennen und den Signalempfang entsprechend anpassen können Die Ziele Der ‚Fitness‘-Smart-Skin-Ansatz soll eine vielseitige und skalierbare Lösung für Roboteranwendungen der nächsten Generation zum Einsatz in verschiedenen Branchen ermög-Links Meta-Surface mit Einspeisungspunkten dünne rote Segmente Die Flussrichtung der Millimeterwellen ist durch Pfeile blau eingehend rot austretend dargestellt Die leitungsgeführten Wellen werden durch eine spezielle Musterung in Oberflächenwellen SW und Leckwellen LW umgewandelt wodurch eine räumliche Abtastung ermöglicht wird Rechts Berührungslose Streuung der oberflächengebunden Wellen durch eine Hand Dadurch wird eine detektierbare Änderung der austretenden Wellen kleinere rote Pfeile verursacht Bi ld Fra un ho fer Die am Projekt Beteiligten sind • Luka Petrovic University of Zagreb Faculty of Electrical Engineering and Computing FER • Sidina Wane eV Technologies Colombelles Unternehmen • Ivan Petrovic University of Zagreb Faculty of Electrical Engineering and Computing FER • Franziska Lissel Technische Universität Hamburg Institute of Applied Polymer Physics IAPP • Andrej Konforta Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR • Peggy Favier Lup Lyon Lyon Unternehmen • David González-Ovejero Centre national de la recherche scientifique • Maxime Harnois Centre national de la recherche scientifique • Jean-Pierre Raskin Université catholique de Louvain Institute of Information and Communication Technologies Electronics and Applied Mathematics ICTM • Zvonimir Sipus University of Zagreb Faculty of Electrical Engineering and Computing FER • Christophe Craeye Université catholique de Louvain Institute of Information and Communication Technologies Electronics and Applied Mathematics ICTM Das Projet ‚Fitness‘