Исследователи создали самую похожую на человеческую кожу для робота
Двуногие роботы от таких компаний, как Boston Dynamics, кажутся все более совершенными с каждой неделей, но они все еще не могут сравниться со своими самыми смелыми научно-фантастическими прототипами. Одним из основных препятствий, которое они не смогли преодолеть, является способность «чувствовать» ощущения, как человек. Хотя исследователи пробовали различные датчики, чтобы дать роботам элементарное чувство осязания, эти системы часто являются дорогостоящими, неточными и ограниченными в обнаружении только одного типа ощущений за раз.
Но это может скоро измениться. Исследователи из Кембриджского университета и Университетского колледжа Лондона разработали новый тип чувствительной «синтетической кожи». Кожа изготовлена из одного гидрогеля, который способен обнаруживать прикосновения, давление, тепло, холод и повреждения так, как это делает кожа человека.
Исследователи смогли отлить этот гель в форму руки и надеть его на робота, как перчатку. Надев эту толстую перчатку из мягкого материала, робот может более точно «ощущать» окружающий мир. Хотя эта технология еще находится на ранней стадии развития, исследователи утверждают, что в будущем такая синтетическая кожа может помочь роботам более эффективно работать на заводах, в опасных условиях или даже участвовать в ликвидации последствий стихийных бедствий. Результаты исследования были опубликованы на этой неделе в журнале Science Robotics.
Синтетическая кожа в робототехнике не является чем-то совершенно новым. Еще в 2016 году исследователи продемонстрировали возможность использования небольших датчиков в кончиках пальцев и руках роботов, чтобы помочь им ощущать форму и текстуру определенных объектов. Однако до сих пор этот процесс довольно быстро становился довольно сложным. Роботизированная рука, способная ощущать как тепло, так и давление, требовала бы двух разных типов датчиков, каждый из которых был бы предназначен для обнаружения определенного ощущения. Эти датчики могут мешать друг другу, вызывая то, что исследователи называют «перекрестными помехами». Такие смешанные сигналы также могут снижать точность восприятия и, в некоторых случаях, даже повреждать датчики. Добавление дополнительных датчиков на небольшую площадь, такую как рука робота, также увеличивает сложность, что повышает вероятность ошибок.
«Использование разных датчиков для разных типов прикосновений приводит к созданию сложных материалов», — сказал в своем заявлении ведущий автор и профессор Кембриджского университета Дэвид Хардман. «Мы хотели разработать решение, которое может обнаруживать несколько типов прикосновений одновременно, но в одном материале».
Исследователи стремились разработать альтернативу сложному мультисенсорному подходу, используя один материал, способный обнаруживать несколько типов стимулов. Для этого они использовали мягкий, растяжимый и проводящий гидрогель на основе желатина, который может преобразовывать физические сигналы, такие как тепло и давление, в электронные сигналы, обрабатываемые компьютером. По словам исследователей, сам гель способен обнаруживать сигналы через 860 000 отдельных каналов, встроенных в материал. Они провели физические испытания синтетической кожи, подвергая ее различным типам стимулов на разных уровнях, чтобы точно настроить ее отзывчивость. Исследователи смогли отлить этот гель в форму руки и надеть его на робота, как перчатку. Надев эту толстую перчатку из мягкой ткани, робот может более точно «чувствовать» окружающий мир. Хотя проект еще находится на ранней стадии, исследователи утверждают, что этот тип синтетической кожи может однажды помочь роботам работать более эффективно на заводах, в опасных условиях или даже помогать в ликвидации последствий стихийных бедствий. Результаты исследования были опубликованы на этой неделе в журнале Science Robotics.
Эта синтетическая кожа также может быть расплавлена и переформована в новые формы. В данном случае исследователи хотели проверить, будет ли она функционировать после формовки в форме человеческой руки. Результатом стала странная желто-черная рука, напоминающая помятую строительную перчатку. Затем эту перчатку надели на руку робота. Чтобы проверить ее, исследователи нажали на нее пальцем и слегка потерели поверхность. Даже в этой более реалистичной форме кожа по-прежнему могла различать разные уровни давления.
Затем исследователи подвергли руку воздействию «теплового удара», частично расплавив ее. Они пошли еще дальше и разрезали руку скальпелем. Благодаря синтетической коже перчатка могла «чувствовать» каждый отдельный стимул — и все это с помощью одного универсального датчика. Хотя она все еще была менее чувствительной, чем человеческая кожа, она превосходила другие подходы, основанные на использовании нескольких датчиков.
«Мы еще не достигли уровня, когда робототехническая кожа будет такой же хорошей, как человеческая, но мы считаем, что она лучше всего, что есть на рынке в настоящее время», — сказал в заявлении соавтор статьи и исследователь Университетского колледжа Лондона Томас Джордж Турутел. «Наш метод гибкий и проще в реализации, чем традиционные датчики, и мы можем калибровать его с помощью человеческого прикосновения для выполнения ряда задач».
Путь к тому, чтобы роботы «чувствовали» окружающий мир
Исследователи утверждают, что все эти тыкания, толчки и ожоги изношенной руки их робота имеют практическое обоснование. Тесты показывают, что, по крайней мере теоретически, эта синтетическая кожа может быть расплавлена и сформована так, чтобы подходить к различным частям тела робота и при этом сохранять чувствительность к прикосновениям. Машина с таким внешним слоем чувствительной кожи могла бы затем перемещаться по своему окружению — будь то автомобильный завод или строительная площадка — и взаимодействовать с миром так, как это делает человек. Эта способность могла бы стать особенно полезной, если гуманоидные роботы, такие как те, которые разрабатывают компании Figure и Tesla, когда-нибудь будут использоваться для работы бок о бок с людьми в реальных условиях. Если робот передает человеку деталь автомобиля, он, вероятно, должен знать, не обжигается ли она.
Figure уже тестирует своих гуманоидных роботов на производственном предприятии BMW в Южной Каролине. Между тем, Amazon, по сообщениям, уже обучает гуманоидных роботов доставлять и сдавать посылки клиентам.
Странное будущее, в котором мягкие роботы доставляют ваш последний заказ туалетной бумаги, другими словами, может быть не таким уж и нереальным.
