Menschen können vergrabene Objekte wahrnehmen, ohne sie zu berühren
Die Fähigkeit, Gegenstände zu entdecken, die unter einer Sandschicht verborgen sind, klingt vielleicht nach Science-Fiction. Trotzdem macht eine aktuelle Studie auf der IEEE International Conference on Development and Learning (ICDL) genau das plausibel. Geführt wurde die Forschung von Lorenzo Jamone, Associate Professor für Robotik und Künstliche Intelligenz am University College London (UCL), und Dr. Elisabetta Versace, Senior Lecturer in Psychology an der Queen Mary University of London. Untersucht wird das Phänomen des „Remote Touch“ (Fern-Tastsinn), also wie Menschen und Roboter Objekte wahrnehmen, indem sie Berührungssignale lesen, die sich durch Sand fortpflanzen.
Was es mit dem „Remote Touch“ auf sich hat
Unter Fern-Tastsinn versteht man die Fähigkeit, vergrabene Objekte ohne direkten Kontakt zu erkennen, indem man feine Signale interpretiert, die sich durch den Sand bewegen. Die Studie erweitert unser Bild von taktiler Wahrnehmung und zeigt, dass sie über das direkt Erwartbare hinausgehen kann. Jamones Team argumentiert, dass der Tastsinn weiter reicht als bisher gedacht und sich den physikalischen Grenzen annähert, die vom Verhalten der Sandkörner bestimmt werden.
Versuche: Menschen gegen Maschinen
In London führten die Forschenden Versuche mit 12 Freiwilligen durch, die versuchten, einen unter Sand vergrabenen Würfel zu finden. Verwendet wurden feiner, gleichmäßiger Sand und kontrollierte Bewegungsführungen, damit Störeinflüsse minimiert wurden. Die Ergebnisse waren eindrücklich: Die Freiwilligen erkannten das verborgene Objekt mit einer Genauigkeit von 70,7 % aus einer durchschnittlichen Distanz von 6,91 cm. Im Median hielten die Teilnehmenden 2,69 cm Abstand an, wenn die Hinweise am stärksten waren.
Getestet wurde auch ein taktiler Roboter, der ein Long Short Term Memory (LSTM)-Netzwerk nutzte. Der Roboter erkannte die Anwesenheit des Objekts anhand subtiler Druckmuster im Sand mit einer durchschnittlichen Detektionsreichweite von 7,11 cm, erreichte dabei aber nur eine Präzision von 40 % im Vergleich zu den Menschen. Diese Ergebnisse zeigen, dass Roboter durch gelernte Beispiele und deren Generalisierung großes technisches Potenzial für solche Aufgaben haben.
Wie das physikalisch funktioniert und wo die Grenzen liegen
Physikalisch beruht der Effekt auf Wellen, die entstehen, wenn Finger leicht über die Sandoberfläche streichen. Diese Wellen werden an der darunterliegenden festen Oberfläche reflektiert, dringen in die Haut und tragen so zur taktilen Wahrnehmung bei. Die Methode stößt jedoch an ihre Grenzen durch das Verhalten der Sandkörner, die Bewegung und Kollisionen auf eine Weise dämpfen, die von außen nicht sichtbar ist. Faktoren wie Korngröße und Feuchtigkeitsgehalt beeinflussen den Effekt stark: Trockener Sand dämpft Bewegungen schneller und verringert die effektive Reichweite der Wahrnehmung.
Bisher wurden die Experimente nur mit feinem Sand validiert. Für den Einsatz im Feld sind weitere Tests nötig, um zu erfassen, wie unterschiedliche Körnertypen Distanz und Präzision verändern.
Wo das helfen kann — und was die Natur vormacht
Die Entdeckung des Fern-Tastsinns eröffnet zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten. In Robotik und Rettungstechnik könnten Maschinen sanft Geröllhalden oder Sanddünen absuchen, ohne das Material unnötig zu stören. In der Archäologie ließen sich empfindliche Relikte lokalisieren, ohne großflächig zu graben. Auch in der Raumfahrt, etwa bei Missionen auf mondähnlichen Oberflächen, könnte die Methode nützlich sein, um weichen Regolith zu erkunden, wo Bohren riskant ist.
Biologische Parallelen gibt es bei Watvögeln wie Möwen und Ibissen, die Vibrationshinweise nutzen, um Beute im Boden aufzuspüren. Menschen haben keine speziellen Vibrationsorgane, können aber trotzdem genug Informationen aus Sandbewegungen ziehen, um in kurzer Entfernung treffsicher zu detektieren.
Die Studie zeigt außerdem, wie menschliche und robotische Untersuchungen sich gegenseitig bereichern: Dr. Versace bezeichnet das als Weltneuheit in der Forschung: „Es ist das erste Mal, dass Fern-Tastsinn beim Menschen untersucht wurde.“ Lorenzo Jamone fügt hinzu: „Was diese Forschung besonders spannend macht, ist, wie sich die menschlichen und robotischen Studien gegenseitig informiert haben.“
Durch die Modellierung des Signals, das sich durch den Sand ausbreitet, näherten sich die Ergebnisse den physikalisch vorhergesagten Grenzen und zeigen damit das Potenzial, die Mensch‑Maschine‑Interaktion in Zukunft stark zu verändern.