Роботизированный захват с кожоподобным мягким тактильным датчиком для точной манипуляции

Исследовательская команда разработала мягкий тактильный датчик с характеристиками, сравнимыми с кожей. Роботизированный захват с датчиком, смонтированным на кончике пальца, мог выполнять сложные задачи, такие как стабильное хранение хрупких объектов и нанизывание иглы.

Главная характеристика человеческой кожи — её способность чувствовать сдвиговую силу — силу, заставляющую два объекта скользить или слипать друг по другу при контакте. Ощущая величину, направление и тонкие изменения сдвиговой силы, человеческая кожа может действовать как обратная связь и позволять нам регулировать, как стабильно держать объект руками и пальцами или как крепко мы должны его сжимать.

Для имитации этой особенности человеческой кожи мягкий тактильный датчик интегрирован в многослойную структуру, похожую на человеческую кожу, и включает гибкую и специально намагниченную пленку толщиной около 0,5 мм как верхний слой. Когда на неё воздействует внешняя сила, она может детектировать изменение магнитного поля из-за деформации пленки. Что важнее, она может автоматически разделять или декомпозировать внешнюю силу на две составляющие: нормальную силу (силу, приложенную перпендикулярно объекту) и сдвиговую силу, обеспечивая точное измерение этих двух сил соответственно.

Кроме того, датчик обладает еще одной кожоподобной характеристикой: тактильным «супер-разрешением», позволяющим локализовать позицию стимула максимально точно. Эффективный алгоритм тактильного супер-разрешения использует глубокое обучение для достижения 60-кратного улучшения точности локализации контактной позиции. Такой алгоритм тактильного супер-разрешения может помочь улучшить физическое разрешение тактильного сенсорного массива с наименьшим количеством сенсорных единиц, тем самым уменьшая количество проводов и время, необходимое для передачи сигнала.

Монтируя датчик на кончике пальца роботизированного захвата, команда показала, что роботы могут выполнять сложные задачи. Роботизированный захват стабильно держал хрупкие объекты вроде яйца, пока внешняя сила пыталась утащить его, и нанизывал иглу через телеоперацию. Датчик можно легко расширить до формы сенсорных массивов или даже непрерывной электронной кожи, покрывающей всё тело робота.

Чувствительность и диапазон измерения датчика можно регулировать, меняя направление намагничивания верхнего слоя (магнитной пленки) датчика без изменения толщины датчика. Это позволяет e-skin иметь разную чувствительность и диапазон измерения в разных частях, как человеческая кожа. Также датчик имеет намного более короткий процесс fabricación и калибровки по сравнению с другими тактильными датчиками.

Датчик может быть полезен для приложений в области робототехники, таких как адаптивное захватывание, дехтерная манипуляция, распознавание текстур, умные протезы и человеко-роботное взаимодействие.