Доступная, прочная, сверхчувствительная роботизированная кожа для улучшенного восприятия, подобного человеческому

Эндрю Корселли

(Изображение:Кембриджский университет)

Ученые разработали недорогую, прочную и высокочувствительную роботизированную «кожу», которую можно надевать на руки робота как перчатку, позволяя роботам обнаруживать информацию об их окружении так же, как это делают люди.

Исследователи из Кембриджского университета и Университетского колледжа Лондона (UCL) разработали гибкую проводящую кожу, которую легко изготовить, которую можно плавить и придавать ей самые разнообразные сложные формы. Технология воспринимает и обрабатывает ряд физических входных данных, позволяя роботам более осмысленно взаимодействовать с физическим миром.

В отличие от других решений для роботизированного прикосновения, которые обычно работают с помощью датчиков, встроенных в небольшие области, и требуют разных датчиков для обнаружения разных типов прикосновений, вся электронная кожа, разработанная исследователями Кембриджа и UCL, представляет собой датчик, что приближает ее к нашей собственной сенсорной системе:нашей коже.

Хотя кожа робота не так чувствительна, как человеческая кожа, она может улавливать сигналы от более чем 860 000 крошечных путей в материале, что позволяет ей распознавать различные типы прикосновения и давления — например, постукивание пальца, горячую или холодную поверхность, повреждения, вызванные порезами или колющими ударами, или одновременное прикосновение к нескольким точкам — в одном материале.

Исследователи использовали сочетание физических тестов и методов машинного обучения, чтобы помочь роботизированной коже «выучить», какой из этих путей наиболее важен, и таким образом она может более эффективно воспринимать различные типы контакта.

Вот эксклюзивные Технические обзоры интервью, отредактированное для обеспечения длины и ясности, с соавтором Томасом Джорджем Турутелем, доктором философии из UCL.

Технические обзоры :С какой самой большой технической проблемой вы столкнулись при плавлении и формировании оболочки?

Турутель :Было несколько небольших проблем. Я думаю, что один из них заключался в том, что этот материал не так уж и легок в потоке. Вы не можете создавать очень сложные формы. Вы можете получить такие вещи, как пробелы. Но я думаю, честно говоря, самой большой проблемой было связать этот материал с нашей книгой по электронике. Итак, сам материал мягкий и податливый, но провода должны быть в какой-то момент жесткими. Соединение между мягким материалом и жесткой проволокой всегда представляет собой большую проблему.

Технические обзоры :Каков процесс плавления и формирования форм?

Турутель :У нас есть водяная баня. Этот материал плавится при температуре от 50 до 60 °C, а затем затвердевает при температуре от 30 до 40 °C. Итак, нагреваем до жидкого состояния, у нас есть форма, в которой будут небольшие отверстия, через которые можно будет заливать материал. Там будут небольшие отверстия, чтобы можно было выйти. Вы заливаете материал, заделываете все отверстия, а затем держите его на улице несколько часов, чтобы он схватился. Затем вы открываете форму. Конечно, форму легко снять, чтобы ее можно было вынуть позже.

Технические обзоры :В статье, которую я прочитал, говорится:«Хотя роботизированная кожа не так чувствительна, как кожа человека, она может обнаруживать сигналы от более чем 860 000 крошечных путей в материале». Мой вопрос:сколько сигналов может обнаружить нынешняя коммерческая электронная кожа и как эти цифры соотносятся с человеческим прикосновением?

Турутель :Хотя мы сказали 860 000 каналов, это не обязательно означает, что вы получаете именно такое количество независимых единиц информации. Информации много, но есть много лишней. Мы не дали количественной оценки независимой суммы информации, которую вы получаете. Но я бы сказал, что для нашей установки, я бы сказал, что это будет от 2000 до 3000 единиц — это число, на которое вы смотрите. Для человеческой руки это число составит около 15 000 единиц. Многие из коммерческих очень сдержанны; в основном вы видите порядка сотен или десятков — я думаю, даже сотни — это большая редкость.

Однако существует технология, называемая тактильными датчиками на основе зрения, которая использует камеры, встроенные в ваши руки. Теоретически они должны иметь более высокое разрешение, но, опять же, его невозможно измерить количественно. Вы не можете узнать, сколько у вас единиц.

Технические обзоры :Есть ли у вас определенные планы на дальнейшую исследовательскую работу? А если нет, каковы ваши дальнейшие действия?

Турутель :Мы недавно получили грант в Великобритании; мы пытаемся разработать эту технологию для более коммерческого применения. Мы на самом деле не проверяли, как поведет себя кожа, если бы у нас был повторный контакт, скажем, в тысячах или 10 000 взаимодействий. Я думаю, мы ожидаем, что это может стать проблемой, особенно на этом интерфейсе между программным материалом и сетью.

Поэтому мы ищем лучшие способы взаимодействия, а также рассматриваем различные материалы. Мы используем гидрогель — хороший материал, но не очень прочный и долговечный. В качестве альтернативы мы рассматриваем более синтетические материалы, например натуральные материалы, такие как резина.

А затем мы рассматриваем задачи более высокого уровня. Прямо сейчас мы просто оцениваем информацию о восприятии, например, где находится место контакта. Мы хотим замкнуть цикл:как нам использовать эту информацию в роботизированной руке или системе, чтобы она могла выполнять весьма полезные реальные задачи?

Это наши следующие шаги.

Расшифровка

00:00:02 Роботы теперь могут чувствовать то, к чему прикасаются, так же, как и мы. Ну почти. Исследователи из Кембриджского университета создали искусственную кожу, наполненную сверхчувствительными датчиками. Эти датчики не просто определяют давление, они считывают текстуру, температуру и даже болевые сигналы. Кожа, которой исследователи придали форму руки, сделана из

00:00:29 Электролитический гидрогель с электродами, встроенными в запястье. Электрические поля, генерируемые кожей, обнаруживают различные типы стимуляции. Датчики отслеживают тысячи бит информации, которая определяет не только место стимуляции, но и тип стимуляции. Затем информация передается на электроды. Искусственная кожа может обнаружить несколько

00:00:56 ощущений одновременно, таких как прикосновение, влажность, температура и боль, и может плотно прилегать к рукам механического робота, как перчатка. Эта недорогая кожа может произвести революцию в области протезирования, роботизированной хирургии, автомобильной промышленности, реабилитации и даже освоения космоса. Что это за чувство? Будущее стало немного более человечным.