Elektronische Häute, sogenannte E-Skins, kommen derzeit schon in der Robotik zum Einsatz. Sie sollen es dem Roboter ermöglichen, Dinge zu erfühlen und den menschlichen Tastsinn zu ersetzen. Bislang hatte die Technologie aber Grenzen: Gerade, wenn E-Skins komplizierte Funktionen haben, ist das oft mit viel Elektronik und Batterien verbunden. "Bisherige Technologien erfassen Magnetfelder mit vielen einzelnen Sensoren und Transistoren – ähnlich den Berührungssensoren in einem Smartphone-Display", erklärt Denys Makarov vom Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). Deshalb sei sein Ziel gewesen, ein System zu entwickeln, das energieeffizienter sei und besser zum Menschen und seiner weichen Haut passe.

Die steifen und dicken Substrate, die normalerweise bei E-Skins die Elektronik beinhalten, ersetzten die Forschenden deshalb durch eine wenige tausendstel Millimeter dünne, leichte und flexible Membran. Diese Membran ist transparent und hat Löcher, sodass die darunter liegende Haut atmen kann.

Damit eine so dünne, künstliche Haut trotzdem etwas spüren kann, haben die Forschenden nicht wie üblich elektronische Bauteile darauf gebaut, sondern sie arbeiten stattdessen mit einer "magnetosensitiven Funktionsschicht". Das bedeutet, die gesamte Schicht ist quasi ein großer Sensor, der zuordnen kann, woher ein magnetisches Signal auf der Oberfläche kommt. Das funktioniert, weil das magnetische Signal auf der Oberfläche den elektrischen Widerstand des Materials verändert. Eine zentrale Analyseeinheit berechnet dann aus den Widerstandsveränderungen, wo auf der elektrischen Haut das Signal ausgelöst wurde.

"Solch großflächige magnetosensitive Smart Skins gab es bisher nicht", sagt Pavlo Makushko, Doktorand am HZDR und Erstautor der Studie. "Konzeptionell funktionieren E-Skins jetzt ähnlich wie der menschliche Körper. Bei echter Haut spielt es keine Rolle, wo ich sie berühre: Das Signal gelangt über die Nerven ins Gehirn, wird dort verarbeitet und das Gehirn erkennt den Berührungspunkt." Bei den neuen E-Skins habe man nun lediglich eine einzige globale Sensorfläche genutzt – analog zur menschlichen Haut. Dann werde das Signal von einer einzigen zentralen Analyseeinheit ausgewertet, ein Vorgang, den man mit dem menschlichen Gehirn vergleichen könne.

Die neuen E-skins ermöglichen es laut den Forschern, Signalwege lückenlos zu verfolgen. Dadurch werden Anwendungen möglich, die digitale Muster erkennen: sei es ein intelligenter magnetischer Stift, berührungslose Interaktionen in der virtuellen Realität oder das Bedienen eines Smartphone-Displays in extremen Umgebungen wie beim Tauchen.

iz