Электронная ткань, похожая на человеческую кожу, наделила роботов осязанием
Машины преуспели во многих задачах, но хорошее осязание к ним не относится. Роботы роняют предметы или повреждают их слишком сильным сдавлением, — только потому, что до сих пор не овладели навыками, которые нам кажутся совершенно заурядными.
На протяжении многих лет ученые оснащали роботов камерами и другими инструментами, позволяющими им лучше чувствовать объекты. Однако простое и экономически эффективное решение до сих пор оставалось недостижимым.
В Университете Буффало разработали электронную ткань (E-textile), которая должна решить эту проблему — она «ощущает» давление и скольжение при захвате предметов так, как это делают нервные окончания в нашей коже. Технология описана в журнале Nature Communications.
«Области применения очень перспективны. Эта технология может использоваться в производственных задачах, таких как сборка продуктов и их упаковка — в принципе, в любой ситуации, где люди и роботы работают совместно. Она также может улучшить инструменты для роботизированной хирургии и протезирования конечностей», — поделился Джун Лю с факультета машиностроения и прикладных исследований Университета Буффало.
«Наш датчик работает как человеческая кожа — он гибкий, высокочувствительный и уникальным образом способен обнаруживать не только давление, но и малейшее скольжение и движение объектов. Можно сказать, что машины получили настоящее осязание и хватку, и этот прорыв может изменить то, как роботы, протезы и человеко-машинные интерфейсы взаимодействуют с окружающим миром», — доволен первый автор исследования Вашин Гаутам, аспирант исследовательской группы Лю.
Скорость работы — как у рецепторов человека
Авторы разработки оснастили своей сенсорной системой роботизированный захват с двумя напечатанными пальцами, изготовленный под руководством Эхсана Исфахани с кафедры машиностроения и аэрокосмической техники.
«Интеграция этого датчика позволяет роботизированному захвату обнаруживать проскальзывание и динамически регулировать свою податливость и силу сжатия, что делает возможными задачи манипулирования объектами, которые ранее было трудно выполнить», — пояснил Исфахани.
Например, когда экспериментаторы попытались вытащить медный груз из захвата, система почувствовала это и мгновенно усилила сжатие.
«Этот датчик — недостающий компонент, который приближает роботизированные руки на шаг к функциональности человеческой руки», — добавил Исфахани.
Сенсорная система состоит из двух слоев проводящей ткани, покрытой никелем, и промежуточного слоя из полидиметилсилоксана — материала, часто используемого в контактных линзах. Когда внешний слой скользит по объекту, это вызывает трение между материалами, что, в свою очередь, генерирует постоянный ток — явление, известное как трибогальванический эффект.
Исследователи измерили скорость отклика системы и обнаружили, что она сопоставима с человеческими возможностями. В зависимости от эксперимента время реакции составляло от 0,76 до 38 миллисекунд. Человеческие тактильные рецепторы обычно реагируют за 1–50 миллисекунд.
«Система невероятно быстра и полностью соответствует биологическим стандартам, заданным человеком. Мы выяснили, что чем сильнее или быстрее скольжение, тем сильнее реакция датчика — это удачное совпадение, потому что упрощает создание алгоритмов управления для точных действий робота», — заключил Лю.
Дальнейшая интеграция в систему формы искусственного интеллекта, известной как обучение с подкреплением, дополнительно улучшит ловкость робота, планируют разработчики.