Роботы обретают чувство реальности: революционная электронная ткань меняет правила игры

В сфере робототехники, где машины преуспевают во многих задачах, остро стояла проблема отсутствия хорошего осязания. Роботы часто роняют предметы или повреждают их, не обладая способностью чувствовать давление и скольжение так же, как это делает человек. Однако ученые из Университета Буффало разработали электронную ткань (e-textile), которая обещает решить эту проблему, обеспечивая роботам "осязание”, сравнимое с человеческим.

"Осязание” для роботов: давняя проблема

На протяжении многих лет ученые оснащали роботов камерами и другими инструментами, стремясь улучшить их способность чувствовать объекты. Однако простое и экономически эффективное решение оставалось недостижимым, ограничивая возможности роботов в различных областях, от производства до медицины.

Электронная ткань: инновационное решение

Разработанная в Университете Буффало электронная ткань (e-textile) представляет собой революционное решение этой проблемы. Она "ощущает” давление и скольжение при захвате предметов так же, как это делают нервные окончания в нашей коже. Технология описана в журнале Nature Communications, что подтверждает ее научную значимость.

"Области применения очень перспективны. Эта технология может использоваться в производственных задачах, таких как сборка продуктов и их упаковка — в принципе, в любой ситуации, где люди и роботы работают совместно. Она также может улучшить инструменты для роботизированной хирургии и протезирования конечностей", — поделился Джун Лю с факультета машиностроения и прикладных исследований Университета Буффало.

Скорость работы: как у человеческих рецепторов

Авторы разработки оснастили своей сенсорной системой роботизированный захват с двумя напечатанными пальцами, изготовленный под руководством Эхсана Исфахани с кафедры машиностроения и аэрокосмической техники.

Эксперименты показали, что сенсорная система мгновенно реагирует на малейшее скольжение или изменение давления, что позволяет роботу адаптировать силу захвата. Например, когда экспериментаторы попытались вытащить медный груз из захвата, система почувствовала это и мгновенно усилила сжатие.

"Этот датчик — недостающий компонент, который приближает роботизированные руки на шаг к функциональности человеческой руки", — добавил Исфахани.

Исследователи измерили скорость отклика системы и обнаружили, что она сопоставима с человеческими возможностями. В зависимости от эксперимента время реакции составляло от 0,76 до 38 миллисекунд. Человеческие тактильные рецепторы обычно реагируют за 1-50 миллисекунд.

Состав сенсорной системы

Сенсорная система состоит из двух слоев проводящей ткани, покрытой никелем, и промежуточного слоя из полидиметилсилоксана — материала, часто используемого в контактных линзах. Когда внешний слой скользит по объекту, это вызывает трение между материалами, что, в свою очередь, генерирует постоянный ток — явление, известное как трибогальванический эффект.

"Система невероятно быстра и полностью соответствует биологическим стандартам, заданным человеком. Мы выяснили, что чем сильнее или быстрее скольжение, тем сильнее реакция датчика — это удачное совпадение, потому что упрощает создание алгоритмов управления для точных действий робота", — заключил Лю.

Перспективы развития

Дальнейшая интеграция в систему формы искусственного интеллекта, известной как обучение с подкреплением, дополнительно улучшит ловкость робота, планируют разработчики. Это позволит роботам выполнять сложные задачи с высокой точностью и эффективностью.

Интересные факты:

• Трибоэлектрический эффект — это эффект генерации электричества при контакте и разделении двух разных материалов.
• Полидиметилсилоксан (ПДМС) — это полимер, который обладает высокой гибкостью и биологической совместимостью.
• В современных протезах конечностей используются различные датчики для обеспечения тактильных ощущений.
• Скорость реакции человеческих тактильных рецепторов варьируется в зависимости от типа рецептора и области тела.