Scannendes Auge bringt Robotern das Sehen bei

Roboter müssen mit Sensoren und Software für drei­dimensionales Sehen ausgestattet sein, um ein räumliches Verständnis ihrer Umwelt zu gewinnen und Objekte präzise ansteuern zu können. Ein Forscherteam am Fraunhofer-Institut für Photonische Mikro­systeme IPMS in Dresden entwickelt und fertigt seit über zehn Jahren Mikroscanner­spiegel, auch bekannt als MEMS-Scanner, die Roboter befähigen sollen, ähnlich dem menschlichen Sehen Objekte in der Umgebung zu erfassen und so anspruchs­volle Aufgaben zu übernehmen.

Im 17. Jahrhundert, zu Zeiten Isaak Newtons, vermuteten einige Wissenschaftler, unsere Augen müssten selbst Licht erzeugen und aussenden, um mensch­liches Sehen zu ermöglichen. So falsch die Annahme war, ist der Gedanke dennoch hilfreich. Ein Forscherteam am Fraunhofer IPMS verfolgt diesen Ansatz eines scannenden Auges, um maschinelles Sehen in drei Dimensionen zu ermöglichen. Das Forschungs­institut entwickelt und fertigt seit Jahren MEMS-Scanner­spiegel, die zur gezielten Ablenkung von Licht für Anwendungen in der Industrie, in der Medizin und im all­täglichen Leben genutzt werden. Diese kompakten mikromechanisch-optischen Bauteile mit inte­griertem Antrieb sind äußerst robust und zuverlässig. Zum heutigen Tag kann das Team um Jan Grahmann auf erfolgreiche Projekte mit über fünfzig unter­schiedlichen Bauteil­varianten zurückblicken.

Aktuell fokussiert sich das Entwickler­team auf Design-Varianten für die industrielle Fertigung. Hier können Scannerspiegel in Auto­matisierungs­systemen zum Beispiel am Ende eines Roboterarms verbaut werden, so dass dem Roboter zu jedem Zeitpunkt bewusst ist, was in seiner Umgebung passiert, welche Arbeitsschritte er zu erledigen hat und wie die Qualität seiner Arbeit ist. „Ein Scanner­spiegelmodul ist für den Roboter eine Art rasterndes Auge, welches in den drei Raumachsen hoch­auflösende Bilder aufnehmen kann“, erläutert Jan Grahmann. „Unser Spiegel verteilt und detektiert Licht eines Lasers in zwei Dimensionen und erfasst gleichzeitig die Tiefe als dritte Dimension durch Laufzeit­messung des Lichts zwischen Objekt und Detektor.“ Die Entwickler sind überzeugt, dass mit Ihrer Scan­technologie ausgerüstete Produktions­anlagen oder Fahrzeuge ein verläss­liches Verständnis ihrer Umgebung gewinnen können, um mit Objekten in dieser zu interagieren.

Diese Umfeldanalyse kann unter Einsatz einer breit­bandigen Lichtquelle noch erweitert werden. Dazu Jan Grahmann: „Durchstimm­bare Lichtquellen ermöglichen völlig neue Anwen­dungen, da durch eine Spektral­information feste, flüssige oder gasförmige Stoffe nachgewiesen werden können. Hierbei ist entscheidend, dass örtlich nicht nur ein Lichtreflex eingefangen wird, sondern zusätzlich die Reflexions­charakteristik unterschiedlicher Stoffe aufgezeichnet und analysiert wird.“ Anwendung kann dies nicht nur bei der Schadstoffüberwachung von Trinkwasser und der Qualitäts­prüfung im Bereich der Pharmazie, sondern auch bei der Fernüber­wachung von Industrie­anlagen, der Leckageprüfung bei Pipelines oder der Detektion von Spreng­stoffen finden. Hierdurch ermöglichen die Entwicklungen eine neue Art der Erfassung von Umfelddaten, so dass Anlagen sicherer werden oder Einsatz­kräfte nicht mit gefährlichen Substanzen in Berührung kommen.

Fh.-IPMS / JOL

Weitere Infos

• MEMS-Scanner, Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS, Dresden