Роботы, которые ощущают тепло, прикосновение и боль? Новая искусственная «кожа» впечатляет

Может ли машина чувствовать прикосновение, боль или тепло так же как человек? Исследователи из Кембриджского университета и Университетского колледжа Лондона (UCL) сделали важный шаг в этом направлении: они разработали искусственную кожу, которая превращает роботизированную руку в деликатный и высокочувствительный сенсорный инструмент.

В отличие от традиционных решений, где нужны отдельные сенсоры для обнаружения различных типов прикосновений, вся поверхность новой искусственной кожи является цельным сенсором. Это приближает ее к естественной человеческой коже, где также нет разделения по «тематическим участкам» — все части реагируют на прикосновение, боль или тепло.

Материал содержит более 860 000 миниатюрных путей, которые пропускают сигналы через гель, что делает возможным распознавание различных типов прикосновения: от легкого касания пальцев до давления, от контакта с горячим или холодным предметом до одновременных многопунктовых воздействий. Даже порез или прямое повреждение кожи не проблема для этой технологии: она распознает и это, фиксируя изменения в структуре сигналов.

Для обработки этого колоссального количества информации ученые использовали комбинацию физических тестов и методов машинного обучения. Специальный алгоритм «учился» определять, какие из сигналов имеют наибольшее значение для того, чтобы более эффективно чувствовать различные типы контактов.

Как работает искусственная кожа?

Исследователи разработали мягкий, эластичный и электропроводный гидрогель на основе желатина, который можно легко переплавлять и переливать в сложные формы. Авторы придали материалу форму человеческой руки и всего с помощью 32 электродов, расположенных на запястье, смогли собрать свыше 1,7 миллиона единиц информации по всей руке. Такая высокая плотность данных стала возможной благодаря проводной структуре самого материала, без надобности во встроенных чипах или отдельных сенсорах на пальцах.

Во время испытаний кожу грели феном, касались пальцами и роботизированной рукой, мягко нажимали и даже разрезали скальпелем. Команда использовала данные, собранные во время этих испытаний, для обучения модели машинного обучения, чтобы рука распознавала, что означают различные типы прикосновений.

По словам авторов, хотя их материал еще не достигает человеческой чувствительности, но лучше всего, что есть в мире на сегодня.

Почему это важно?

У людей кожа — это не только защита, но и мощный сенсорный инструмент. Она одновременно реагирует на давление, температуру, боль и повреждения. Поэтому создать искусственную систему с подобными свойствами — это одна из важнейших целей в области робототехники и высокоточных протезов.

Однако большинство существующих разработок имеют свои ограничения: нужны отдельные сенсоры для каждого типа прикосновения, что приводит к созданию сложных в производстве материалов.

Как утверждают авторы, они хотели разработать нечто одновременно простое, многофункциональное, дешевое и прочное.

Именно поэтому исследователи пошли по пути мультимодальной сенсорики: вместо набора отдельных измерителей — один сенсорный материал, который реагирует сразу на различные раздражители. Хотя в этом случае отделить один тип прикосновения от другого сложнее, система в целом становится более надежной и удобной в производстве.

Что дальше?

Ученые видят широкое применение своей технологии — от протезов для людей, которым нужна максимально естественная чувствительность, до гуманоидных роботов, которые должны взаимодействовать с окружающей средой. Кроме того, кожа может стать полезной в автомобильной промышленности, спасательных операциях, медицине и на производстве.

В будущем команда планирует улучшить прочность материала, чтобы он был еще более пригоден к реальным условиям. Если эти планы осуществятся, мир получит следующее поколение умных машин — способных не только видеть и разговаривать, но и чувствовать.

• 0
• 0
• 0
• 0
• 0
• 0
• 0
• 0