Новый разрабатываемый электронный текстиль призван улучшить тактильные ощущения роботов.
Роботы преуспевают во многом, но хорошее осязание не относится к их сильным сторонам. Они могут ронять предметы или слишком сильно их сжимать, что приводит к повреждению объектов. Многие базовые навыки, которыми овладели люди, даются роботам с трудом.
На протяжении многих лет учёные оснащали роботов камерами и другими инструментами, которые позволяют машинам лучше ощущать объекты. Но простое и экономически эффективное решение остаётся недостижимым.
Новая технология, описанная в исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, имитирует то, как нервы в наших руках ощущают давление и скольжение при захвате объектов.
«Приложения этой технологии очень интересны…» — говорит Цзюнь Лю, доцент кафедры механической и аэрокосмической инженерии Университета Буффало в Школе инженерии и прикладных наук.
«Технология может быть использована в производственных задачах, таких как сборка изделий и их упаковка — в общем, в любой ситуации, где люди и роботы работают вместе. Это также может помочь усовершенствовать инструменты для роботизированной хирургии и протезы».
Лю, также являющийся основным преподавателем Института RENEW Университета Буффало, является автором исследования. Среди соавторов — Эхсан Эсфахани, доцент кафедры механической и аэрокосмической инженерии, несколько студентов Университета Буффало и бывший аспирант Лю из его группы, который сейчас является докторантом в Чикагском университете.
«Наш датчик работает как человеческая кожа — он гибкий, высокочувствительный и способен не только определять давление, но и улавливать едва заметное скольжение и движение объектов», — говорит Ваши́н Гаутам, кандидат наук в исследовательской группе Лю и первый автор исследования.
«Это как если бы мы дали машинам настоящее осязание и захват, и этот прорыв может изменить то, как роботы, протезы и системы взаимодействия человека и машины взаимодействуют с окружающим миром».
Исследователи интегрировали систему датчиков на пару роботизированных пальцев, напечатанных на 3D-принтере, которые установлены на гибком роботизированном захвате, разработанном группой Эсфахани.
«Интеграция этого датчика позволяет роботизированному захвату обнаруживать проскальзывание и динамически регулировать свою податливость и силу захвата, что позволяет выполнять манипуляции с объектами в руке, которые ранее было трудно осуществить», — говорит Эсфахани.
Например, когда исследователи попытались вытащить медный груз из пальцев, захват почувствовал это и тут же усилил захват.
«Этот датчик — недостающий компонент, который приближает роботизированные руки к тому, чтобы функционировать как человеческие руки», — добавляет Эсфахани.
Незначительное движение объекта вызывает трение между двумя материалами, что, в свою очередь, генерирует постоянный ток (DC) — явление, известное как трибовольтовый эффект.
Исследователи измерили время отклика системы датчиков и обнаружили, что оно сопоставимо с человеческими возможностями. Например, системе потребовалось от 0,76 миллисекунды до 38 миллисекунд для ответа, в зависимости от эксперимента. Рецепторы человеческого осязания обычно реагируют от 1 до 50 миллисекунд.
«Система невероятно быстрая и соответствует биологическим показателям, установленным человеческими возможностями», — говорит Лю. «Мы обнаружили, что чем сильнее или быстрее скольжение, тем сильнее реакция датчика — это удачное совпадение, поскольку это упрощает создание алгоритмов управления, позволяющих роботу действовать с точностью».
Исследовательская группа планирует дополнительные испытания системы датчиков, включая интеграцию формы искусственного интеллекта, известной как обучение с подкреплением, что может ещё больше улучшить ловкость робота.
Исследование было поддержано Центром передового опыта Университета Буффало в области информатики материалов.
Источник: Университет Буффало