Новый материал на основе желатина может позволить роботам ощущать всё — от лёгкого прикосновения до глубокого пореза.
Учёные разработали недорогую, прочную и высокочувствительную роботизированную «кожу», которую можно надевать на роботизированные руки, как перчатку. Это позволяет роботам получать информацию об окружающей среде так же, как это делают люди. (Изображение предоставлено Кембриджским университетом)
Ученые разработали новый тип электронной «кожи», которая может дать роботам возможность «чувствовать» различные тактильные ощущения, такие как уколы, тычки и перепады температуры, и даже ощущение удара ножом.
Кожа изготовлена из электропроводящего материала на основе желатина, которому можно придавать различные формы. При использовании специального типа электрода материал может улавливать сигналы от сотен тысяч проводящих путей, которые соответствуют различным ощущениям от прикосновения и давления.
По словам учёных, этот материал можно использовать в гуманоидных роботах или человеческих протезах, где тактильные ощущения жизненно важны, а также в более широком применении в автомобильной промышленности и при ликвидации последствий стихийных бедствий. Они опубликовали результаты своего исследования 11 июня в журнале Science Robotics.
Тактильное восприятие стало следующим важным этапом в развитии робототехники, поскольку учёные стремятся создать машины, способные реагировать на окружающий мир так же, как человек.
Электронные протезы обычно работают за счёт преобразования физической информации, например давления или температуры, в электронные сигналы. В большинстве случаев для разных типов ощущений требуются разные типы датчиков: например, один для определения давления, другой для определения температуры и так далее.
Однако сигналы от этих различных датчиков могут накладываться друг на друга, а материалы, в которые они встроены, — традиционно мягкие силиконы или эластичные, похожие на резину материалы, называемые эластомерами, — легко повреждаются, как отмечают учёные.
В этой новой электронной коже используется один тип «мультимодального» датчика, который способен распознавать различные типы раздражителей, такие как прикосновения, температура и повреждения.
По словам учёных, несмотря на то, что по-прежнему сложно надёжно разделить и точно определить источник каждого сигнала, мультимодальные сенсорные материалы проще в изготовлении и более надёжны. Кроме того, они дешевле в производстве, что делает их подходящими и экономически выгодными для широкого использования.
Это удобно
Чтобы протестировать синтетическую плоть, исследователи расплавили мягкий, эластичный и электропроводящий гидрогель на основе желатина и придали ему форму человеческой руки. Затем они оснастили руку различными конфигурациями электродов, чтобы выяснить, какие из них собирают наиболее полезные данные о физических взаимодействиях, и провели серию тестов.
Этот довольно жестокий процесс включал в себя обработку термическим пистолетом, ощупывание пальцами и роботизированной рукой, а также вскрытие скальпелем.
В общей сложности, по словам исследователей, они собрали более 1,7 миллиона единиц информации о более чем 860 000 проводящих путей в коже. Они использовали данные, полученные в ходе этих тестов, для обучения модели машинного обучения, которая, будучи интегрированной в роботизированную систему, могла бы распознавать различные типы прикосновений.
«Мы ещё не достигли того уровня, когда роботизированная кожа будет так же хороша, как человеческая, но мы считаем, что на данный момент она лучше всего, что есть», — заявил соавтор исследования Томас Джордж Турутель, преподаватель робототехники и искусственного интеллекта (ИИ) в Университетском колледже Лондона (UCL).
«Наш метод более гибкий и простой в реализации, чем традиционные датчики, и мы можем калибровать его с помощью человеческого осязания для решения целого ряда задач».