Электронная перчатка наделит роботов чувством осязания

0

Ученые из Стэнфордского университета (США) разработали электронную перчатку для роботизированной руки, позволяющую держать хрупкие предметы, не разрушая их. Устройство работает за счет встроенных на кончиках пальцев датчиков, которые способны имитировать кожную сенсорную систему человека. Подробно об изобретении рассказывается в журнале Science Robotics. Об этом сообщает портал TechXplore.

Группа специалистов под руководством инженера-химика Женань Бао в ходе тестовых испытаний продемонстрировала, что благодаря уникальным датчикам, запрограммированная на определенные действия роборука смогла прикасаться к малине, не повредив ее, и перекладывать шарик для пинг-понга с места на место, не расплющив его.

«Эта технология позволит нам однажды наделить роботов такой чувствительностью, которая свойственна человеческой коже», — считает Бао.

По словам разработчиков, сенсоры в кончиках пальцев перчаток одновременно измеряют интенсивность и направление давления — два основных качества, необходимых для обеспечения ловкости руке. Электронная перчатка имитирует то, как слои кожи человека взаимодействуют между собой.

Внешний слой человеческой кожи насыщен рецепторами, определяющими давление, тепло и другие раздражители, они "работают" совместно с шиповатым слоем эпидермиса (состоит из клеток шиповатой формы с короткими отростками, в результате чего образуется неровная поверхность с выростами и впадинами — прим. +1). Эта неровность имеет решающее значение в обеспечении чувствительности. Когда палец прикасается к объекту, внешний слой кожи при надавливании приближается к шиповатому слою. Легкое прикосновение ощущается главным образом рецепторами, расположенными близко к "выростам". Более интенсивное надавливание заставляет внешний слой опускаться до ровного основания шиповатого слоя, вызывая более интенсивные тактильные ощущения.

Но измерение интенсивности давления — всего лишь одна из функций, которую выполняет шиповатый слой эпидермиса. Из-за неровности своего микрорельефа он также помогает выявить направление давления или поперечную силу. Эта способность, к примеру, позволяет человеку деликатно, но надежно удерживать яйцо между большим и указательным пальцами.

Электронные сенсоры, разработанные учеными из Стэнфордского университета, воспроизводят этот природный механизм. Каждый датчик на кончике пальца роботизированной перчатки выполнен из трех гибких слоев, которые работают сообща. Верхний и нижний слои электрически активны. Ученые уложили сетку электрических линий на каждую из двух обращенных друг к другу поверхностей, как ряды в поле, и повернули эти ряды перпендикулярно друг другу, чтобы создать плотный массив мелких чувствительных пикселей. Кроме того, они сделали нижний слой таким же бугристым как шиповатый слой эпидермиса.

Задача резинового изолятора, размещенного посередине, не давать контактировать верхним и нижним слоям электродов друг с другом. Такое разделение крайне необходимо, потому что близко расположенные электроды, которые не касаются друг друга, могут хранить электрическую энергию. Когда роботизированный палец нажимает на предметы, придавливая верхние электроды ближе к основанию, количество сохраненной энергии возрастает.

Пока сенсоры прикреплены к простой резиновой перчатке, но ученые планируют встраивать их непосредственно в кожеподобный материал, который будет создан для роботизированных рук. Главная цель Женань Бао — разработать продвинутую версию перчатки, которая будет способна сама определять, какое адекватное количество силы необходимо применять для безопасного управления тем или иным объектом без предварительного программирования такой задачи человеком.

«Мы можем запрограммировать роботизированную руку трогать малину, не сминая ее, но мы еще далеки от того, чтобы, прикоснувшись к ней, она могла определить, что это малина, и научить робота поднимать ее», — считает Бао.