Brancheneinblick: Humanoide Roboter – Geschickte Hände: Teslas verbessertes Design und die entscheidende Rolle der Sensorik

Eine geschickte Hand muss hohe Belastbarkeit, taktile Wahrnehmung, präzise Bewegungssteuerung und vielfältige Bewegungsfreiheit bieten, um unterschiedlichste und komplexe Aufgaben zu bewältigen. Daher stellt die Entwicklung einer solchen Hand eine anspruchsvolle Technologie und ein zentrales Element im Design humanoider Roboter dar.

Tesla hat seinen humanoiden Roboter Optimus mit einer 22-DOF-Hand ausgestattet – fast doppelt so viele wie die 11 DOF der Vorgängergeneration. Dieser bedeutende Fortschritt ermöglicht präzisere Bewegungen und Manipulationen.

Basierend auf der Patentanmeldung von 2024 verwendet Teslas Gen-3-Hand wahrscheinlich eine seilzuggetriebene Architektur mit Planetengetrieben, Kugelgewindetrieben und Seilzügen. Motoren und Gewindetriebe sind im Unterarm integriert. Die Motorrotation wird über den Gewindetrieb in eine lineare Bewegung umgewandelt, die dann die mit den Fingerknochen verbundene Sehne zieht. Um die durch Handgelenksbewegungen verursachte Sehnenverformung auszugleichen, sind die Sehnen mit steifen Federn umwickelt, ähnlich wie bei Fahrradbremszügen.

Unitree Robotics zählt zu Chinas führenden Entwicklern humanoider Roboter. Die Roboter des Unternehmens zeichnen sich durch starke Bewegungssteuerungs- und Gleichgewichtsfähigkeiten aus, obwohl die Geschicklichkeitshand in puncto Präzision und Design noch hinter Teslas Optimus zurückbleibt.

Unitree hat kürzlich ein internes Forschungs- und Entwicklungsprojekt für hochentwickelte Roboterhände gestartet und stellt aktiv KI-Algorithmenentwickler, Maschinenbauingenieure und Experten für umfassende Mechatronik ein. Dies unterstreicht den strategischen Fokus des Unternehmens auf die Verbesserung der Funktionalität von Roboterhänden als wichtigen Wettbewerbsvorteil.

Die Integration von Sensoren spielt eine zentrale Rolle für die präzise Manipulation von Robotern. Laut Ziwei Xia et al. werden Sensoren für feinmotorische Hände in interne und externe Sensoren unterteilt. Die sensorische Verarbeitung erfolgt auf drei Ebenen: Planung, Steuerung und Lernen.

Interne Sensoren überwachen Gelenkpositionen, Kräfte und Drehmomente und liefern Echtzeit-Feedback, um Fehler zu reduzieren und die Bewegungsgenauigkeit zu verbessern. Sie sind unerlässlich für eine präzise Betätigung in dynamischen Umgebungen.

Zu den externen Sensoren gehören Näherungs-, Tast- und multimodale Sensoren. Näherungssensoren helfen, die Entfernung zwischen Hand und Zielobjekt während der Annäherungsphase abzuschätzen, während Tastsensoren beim Berühren physikalische Rückmeldung über Kontaktkräfte und Objekteigenschaften liefern.

Frühe taktile Sensoren konzentrierten sich primär auf die Messung von Kraft und Druck. Diese werden üblicherweise in die Fingerspitzen implantiert und nutzen piezoelektrische Effekte zur Erfassung mehrdimensionaler Kräfte. Allerdings mangelt es ihnen oft an räumlicher Auflösung und sie haben Schwierigkeiten, die Kontaktstelle zu bestimmen.

Um dieses Problem zu lösen, werden immer häufiger taktile Sensoren mit mehreren Arrays eingesetzt. Die meisten dieser Sensoren sind jedoch nur unimodal – sie können Druck, aber nicht Temperatur, Textur oder andere Umwelteinflüsse erfassen.

Hier kommt die elektronische Haut ins Spiel. Multimodale Sensoren, die ein breiteres Spektrum an Daten erfassen können, ermöglichen es Robotern, Kraft, Temperatur, Textur und vieles mehr wahrzunehmen und so die menschliche Haut nachzuahmen. Daher wird erwartet, dass die elektronische Haut den praktischen Einsatz von hochentwickelten Robotersystemen in verschiedensten Branchen beschleunigen wird.