Мягкий тактильный датчик с характеристиками, сравнимыми с кожей, для роботов

Команда Aresearch разработала мягкий тактильный датчик с характеристиками, сравнимыми с кожей. Роботизированный захват с датчиком, установленным на кончике пальца, может выполнять сложные задачи, такие как надежный захват хрупких предметов и вдевание нити в иглу.

Основной характеристикой кожи человека является ее способность ощущать силу сдвига — силу, которая заставляет два объекта скользить или скользить друг по другу при соприкосновении. Ощущая величину, направление и тонкое изменение силы сдвига, человеческая кожа может действовать как обратная связь и позволяет нам приспособиться к тому, как стабильно удерживать объект руками и пальцами или как крепко мы должны его сжимать.

Чтобы имитировать эту особенность человеческой кожи, мягкий тактильный датчик интегрирован в многослойную структуру, такую ​​как человеческая кожа, и включает в себя гибкую и специально намагниченную пленку толщиной около 0,5 мм в качестве верхнего слоя. Когда на него действует внешняя сила, он может обнаружить изменение магнитного поля из-за деформации пленки. Что еще более важно, он может автоматически разделять или разлагать внешнюю силу на две составляющие:нормальную силу (силу, приложенную перпендикулярно объекту) и поперечную силу, обеспечивая точное измерение этих двух сил соответственно.

Кроме того, датчик обладает еще одной характеристикой, похожей на кожу человека:тактильным «сверхразрешением», которое позволяет ему максимально точно определять положение раздражителей. Эффективный алгоритм тактильного суперразрешения использует глубокое обучение для достижения 60-кратного повышения точности локализации положения контакта. Такой алгоритм тактильного суперразрешения может помочь улучшить физическое разрешение массива тактильных датчиков с наименьшим количеством чувствительных элементов, тем самым уменьшая количество проводов и время, необходимое для передачи сигнала.

Установив датчик на кончике пальца роботизированного захвата, команда продемонстрировала, что роботы могут выполнять сложные задачи. Роботизированный захват устойчиво захватывал хрупкие предметы, такие как яйцо, когда внешняя сила пыталась его оттащить, и телеоперацией протягивал нитку в иглу. Датчик можно легко расширить до формы массивов датчиков или даже сплошной электронной оболочки, покрывающей все тело робота.

Чувствительность и диапазон измерения датчика можно регулировать, изменяя направление намагничивания верхнего слоя (магнитной пленки) датчика без изменения толщины датчика. Это позволяет электронной коже иметь различную чувствительность и диапазон измерения в разных частях, как кожа человека. Кроме того, процесс изготовления и калибровки датчика намного короче по сравнению с другими тактильными датчиками.

Датчик может быть полезен для приложений в области робототехники, таких как адаптивное хватание, ловкие манипуляции, распознавание текстур, интеллектуальное протезирование и взаимодействие человека и робота.