2025 LASA/CREATE/EPFL CC BY SA.
Von Celia Luterbacher
Mit ihrem beweglichen Daumen, den vielen Gelenken und der griffigen Haut gelten menschliche Hände oft als der Inbegriff der Geschicklichkeit, und viele Roboterhände sind nach ihrem Vorbild gestaltet. Da die menschlichen Hände jedoch durch den langsamen Evolutionsprozess geformt wurden, sind sie alles andere als optimiert. Zu den größten Nachteilen zählen unsere einzelnen, asymmetrischen Daumen und die Befestigung an Armen mit eingeschränkter Beweglichkeit.
„Wir können die Grenzen der menschlichen Hand leicht erkennen, wenn wir versuchen, Gegenstände unter Möbeln oder hinter Regalen zu erreichen oder gleichzeitig Aufgaben auszuführen, wie zum Beispiel eine Flasche zu halten und gleichzeitig eine Chipsdose aufzuheben“, sagt Aude Billard, Leiterin des Labors für Lernalgorithmen und Systeme (LASA) an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der EPFL. „Ebenso kann es äußerst schwierig sein, auf Gegenstände zuzugreifen, die sich hinter der Hand befinden, und dabei den Griff stabil zu halten, da unangenehme Handgelenksverrenkungen oder eine Neupositionierung des Körpers erforderlich sind.“
Ein Team bestehend aus Billard, dem LASA-Forscher Xiao Gao sowie Kai Junge und Josie Hughes vom Computational Robot Design and Fabrication Lab entwarf eine Roboterhand, die diese Herausforderungen meistert. Ihr Gerät, das bis zu sechs identische Finger mit Silikonspitzen tragen kann, behebt das Problem der menschlichen Asymmetrie, indem es ermöglicht, dass jede Kombination von Fingern in einer daumenähnlichen Bewegung entgegengesetzte Paare bildet. Dank des reversiblen Designs sind „Rücken“ und „Handfläche“ der Roboterhand austauschbar. Die Hand kann sich sogar von ihrem Roboterarm lösen und spinnenartig „kriechen“, um Gegenstände zu ergreifen und zu tragen, die außerhalb der Reichweite des Arms liegen.
„Unser Gerät führt zuverlässig und nahtlos ‚Lokmanipulation‘ durch – stationäre Manipulation kombiniert mit autonomer Mobilität – was unserer Meinung nach ein großes Potenzial für Industrie-, Service- und Forschungsrobotik hat“, fasst Billard zusammen. Die Forschung wurde in Nature Communications veröffentlicht.
Menschliche Anwendungen – und darüber hinaus
Während die Roboterhand wie etwas aus einem futuristischen Science-Fiction-Film aussieht, sagen die Forscher, dass sie sich von der Natur inspirieren ließ.
„Viele Organismen haben vielseitige Gliedmaßen entwickelt, die nahtlos zwischen verschiedenen Funktionen wie Greifen und Fortbewegung wechseln können. Beispielsweise nutzt der Oktopus seine flexiblen Arme sowohl zum Kriechen über den Meeresboden als auch zum Öffnen von Muscheln, während in der Insektenwelt die Gottesanbeterin spezielle Gliedmaßen zur Fortbewegung und zum Fangen von Beute nutzt“, sagt Billard.
Tatsächlich kann der EPFL-Roboter kriechen und gleichzeitig mehrere Objekte festhalten, indem er sie unter seiner „Handfläche“, auf seinem „Rücken“ oder beidem hält. Mit fünf Fingern kann das Gerät die meisten traditionellen menschlichen Griffe nachbilden. Wenn es mit mehr als fünf Fingern ausgestattet ist, kann es Aufgaben, die normalerweise zwei menschliche Hände erfordern, einhändig bewältigen – etwa das Abschrauben des Verschlusses einer großen Flasche oder das Eindrehen einer Schraube in einen Holzblock mit einem Schraubenzieher.
„Es gibt keine wirkliche Beschränkung hinsichtlich der Anzahl der Objekte, die es halten kann; wenn wir mehr Objekte halten müssen, fügen wir einfach mehr Finger hinzu“, sagt Billard.
Die Forscher sehen Anwendungen ihres innovativen Designs in realen Umgebungen vor, die Kompaktheit, Anpassungsfähigkeit und multimodale Interaktion erfordern. Beispielsweise könnte die Technologie dazu verwendet werden, Objekte in begrenzten Umgebungen zu bergen oder die Reichweite traditioneller Industriewaffen zu erweitern. Und obwohl die vorgeschlagene Roboterhand selbst nicht anthropomorph ist, glauben sie auch, dass sie für prothetische Anwendungen angepasst werden könnte.
„Die symmetrische, reversible Funktionalität ist besonders wertvoll in Szenarien, in denen Benutzer von Fähigkeiten profitieren könnten, die über die normale menschliche Funktion hinausgehen“, sagt Billard. „Frühere Studien mit Benutzern zusätzlicher Roboterfinger zeigen beispielsweise die bemerkenswerte Anpassungsfähigkeit des Gehirns, zusätzliche Gliedmaßen zu integrieren, was darauf hindeutet, dass unsere nicht-traditionelle Konfiguration sogar in speziellen Umgebungen eingesetzt werden könnte, die erweiterte Manipulationsfähigkeiten erfordern.“
Referenz
Eine abnehmbare kriechende Roboterhand, Xiao Gao (高霄), Kunpeng Yao (姚君peng), Kai Junge, Josie Hughes & Aude BillardNat Commun 17, 428 (2026).
EPFL
(École Polytechnique Fédérale de Lausanne) ist ein Forschungsinstitut und eine Universität in Lausanne, Schweiz, die sich auf Natur- und Ingenieurwissenschaften spezialisiert hat.
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