Робаты, якія адчуваюць цяпло, дотык і боль? Новая штучная «скура» ўражвае
Зробленая з эластычнага, недарагога гелевага матэрыялу, новая штучная «скура» ператварае ўсю паверхню рабатызаванай рукі ў адчувальны, інтэлектуальны датчык.
Ці можа машына адчуваць дотык, боль ці цяпло гэтак жа, як чалавек? Даследчыкі з Кембрыджскага ўніверсітэта і Універсітэцкага каледжа Лондана (UCL) зрабілі важны крок у гэтым кірунку: яны распрацавалі штучную скуру, якая ператварае рабатызаваную руку ў далікатны і высокаадчувальны сэнсарны інструмент.
У адрозненне ад традыцыйных рашэнняў, дзе патрэбны асобныя сэнсары для выяўлення розных тыпаў дотыкаў, уся паверхня новай штучнай скуры з'яўляецца суцэльным сэнсарам. Гэта набліжае яе да натуральнай чалавечай скуры, дзе таксама няма раздзялення па «тэматычных участках» — усе часткі рэагуюць на дотык, боль ці цяпло.
Матэрыял змяшчае больш за 860 000 мініяцюрных шляхоў, якія прапускаюць сігналы праз гель, што робіць магчымым распазнанне розных тыпаў дотыку: ад лёгкага дакранання пальцаў да ціску, ад кантакту з гарачым або халодным прадметам да адначасовых шматпунктавых уздзеянняў. Нават парэз або прамое пашкоджанне скуры не праблема для гэтай тэхналогіі: яна распазнае і гэта, фіксуючы змены ў структуры сігналаў.
Для апрацоўкі гэтай каласальнай колькасці інфармацыі навукоўцы выкарысталі камбінацыю фізічных тэстаў і метадаў машыннага навучання. Спецыяльны алгарытм «вучыўся» вызначаць, якія з сігналаў маюць найбольшае значэнне для таго, каб больш эфектыўна адчуваць розныя тыпы кантактаў.
Як працуе штучная скура?
Даследчыкі распрацавалі мяккі, эластычны і электраправодны гідрагель на аснове жэлаціну, які можна лёгка пераплаўляць і пераліваць у складаныя формы. Аўтары надалі матэрыялу форму чалавечай рукі і ўсяго з дапамогай 32 электродаў, размешчаных на запясці, змаглі сабраць звыш 1,7 мільёна адзінак інфармацыі па ўсёй руцэ. Такая высокая шчыльнасць даных стала магчымай дзякуючы правадной структуры самога матэрыялу, без патрэбы ва ўбудаваных чыпах ці асобных сэнсарах на пальцах.
Падчас выпрабаванняў скуру грэлі фенам, дакраналіся пальцамі і рабатызаванай рукой, мякка націскалі і нават разразалі скальпелем. Каманда выкарыстала даныя, сабраныя падчас гэтых выпрабаванняў, для навучання мадэлі машыннага навучання, каб рука распазнавала, што азначаюць розныя тыпы дотыкаў.
Па словах аўтараў, хоць іх матэрыял яшчэ не дасягае чалавечай адчувальнасці, але лепшы за ўсё, што ёсць у свеце на сёння.
Чаму гэта важна?
У людзей скура — гэта не толькі абарона, але і магутны сэнсарны інструмент. Яна адначасова рэагуе на ціск, тэмпературу, боль і пашкоджанні. Таму стварыць штучную сістэму з падобнымі ўласцівасцямі — гэта адна з найважнейшых мэтаў у галіне робататэхнікі і высокадакладных пратэзаў.
Аднак большасць існуючых распрацовак маюць свае абмежаванні: патрэбныя асобныя сэнсары для кожнага тыпу дотыку, што прыводзіць да стварэння складаных у вытворчасці матэрыялаў.
Як сцвярджаюць аўтары, яны хацелі распрацаваць нешта адначасова простае, шматфункцыянальнае, таннае і трывалае.
Менавіта таму даследчыкі пайшлі шляхам мультымадальнай сенсорыкі: замест набору асобных вымяральнікаў — адзін сэнсарны матэрыял, які рэагуе адразу на розныя раздражняльнікі. Хаця ў гэтым выпадку аддзяліць адзін тып дотыку ад іншага складаней, сістэма ў цэлым становіцца больш надзейнай і зручнай у вытворчасці.
Што далей?
Навукоўцы бачаць шырокае прымяненне сваёй тэхналогіі — ад пратэзаў для людзей, якім патрэбная максімальна натуральная адчувальнасць, да гуманоідных робатаў, якія павінны ўзаемадзейнічаць з асяроддзем. Акрамя таго, скура можа стаць карыснай у аўтамабільнай прамысловасці, выратавальных аперацыях, медыцыне і на вытворчасці.
У будучыні каманда плануе палепшыць трываласць матэрыялу, каб ён быў яшчэ больш прыдатны да рэальных умоў. Калі гэтыя планы спраўдзяцца, свет атрымае наступнае пакаленне разумных машын — здольных не толькі бачыць і размаўляць, але і адчуваць.
Каментары