Sensor mit Gefühl

Bei Schlüsselloch-Operationen können Ärzte ihren Tastsinn nicht richtig nutzen. Hier könnte ein neuartiger Sensor Abhilfe schaffen: Fraunhofer-Forscher arbeiten an einem Drucksensor, der dem Tastsinn der menschlichen Haut nachempfunden ist.

Chirurgen brauchen bei Operationen das richtige Fingerspitzengefühl, um unterschiedliche Gewebestrukturen zu erkennen und das Skalpell exakt zu führen. Bei Schlüsselloch-Operationen können Ärzte ihren Tastsinn jedoch nicht hinreichend nutzen. Forscher vom Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT in St. Ingbert arbeiten an einem neuartigen Tastsensor, der ähnlich weich und flexibel wie die menschliche Haut ist. Wird dieser Drucksensor zum Beispiel in ein endoskopisches Instrument eingebaut, kann er zukünftig dazu beitragen, dem Chirurgen wieder ein Tastgefühl zu übermitteln.

Der Tastsensor ist aus zwei übereinander liegenden Folien aufgebaut: Die untere Folie enthält die Elektrodenstrukturen, die den Druck messen. Die Elektroden sind ähnlich wie ineinander greifende Finger angeordnet. Sie berühren sich jedoch nicht – es fließt kein Strom. Die obere Folie besteht aus einem isolierenden Material an das stromleitende Silikonkautschuk-Pyramiden angefügt sind. Die Spitze der Pyramiden ist jeweils genau über den Elektrodenstrukturen positioniert. Übt man an einer Stelle Druck auf den Sensor aus, wird die Pyramide auf die untere Folie gepresst und breit gedrückt. Über das leitende Pyramidenmaterial kommen die Elektrodenfinger miteinander in Kontakt. Der Widerstand zwischen den Elektroden nimmt ab und es fließt Strom. Je größer der Druck ist, desto stärker wird auch die Pyramide flachgedrückt. Die Kontaktfläche zwischen den Elektroden nimmt zu und es fließt mehr Strom. »Unter Druckeinwirkung verändert der einzelne Drucksensor seinen elektrischen Widerstand«, erläutert Margit Biehl vom IBMT die Funktionsweise des Tastsensors. »Durch die räumliche Anordnung der Drucksensoren in Form eines Arrays lassen sich dann Druckverteilungen erfassen.«

Der Tastsensor eröffnet zahlreiche neue Anwendungen: Bei minimal-invasiven Operationen könnte er dem Arzt helfen, Gewebeunterschiede zu ertasten. Setzt man den Drucksensor in einen Robotergreifer ein, erhält der Roboter einen Tastsinn. Auch in der Medizintechnik bietet der Sensor neue Möglichkeiten. So könnte er in Prothesen integriert werden. Dann könnten die Menschen auch mit einer künstlichen Hand wieder Gegenstände ertasten oder Krümel auf einer Tischdecke fühlen. Doch das ist noch eine Zukunftsvision: Bis der Sensor einsatzreif ist und zum Beispiel in Handprothesen eingebaut werden kann, werden noch etwa zwei Jahre vergehen.

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