Naukowcy z Bio-Inspired Robotics Lab na Uniwersytecie Cambridge stworzyli nową skórę opartą na hydrożelu, która pozwala robotom wykrywać adekwatności dotykowe przedmiotów, sztucznie odtwarzając ludzki zmysł dotyku. Ta bardzo elastyczna skóra, przedstawiona w artykule opublikowanym w Materials Today Electronics, odtwarza bodźce dotykowe dzięki serii elektrod i podejścia obliczeniowego nieopartego na modelach.
„Ostatnio naukowcy na całym świecie zainteresowali się tym, jak można wytwarzać komponenty robotów z elastycznych i rozciągliwych materiałów”, powiedział David Hardman, jeden z badaczy, którzy przeprowadzili badanie. „Te 'miękkie’ roboty są bezpieczniejsze w pracy, nie uszkadzają przedmiotów, z którymi współdziałają i mogą wykonywać zadania bardzo trudne dla tradycyjnych 'twardych’ robotów. Niemniej jednak, aby osiągnąć pełne korzyści, wszystkie komponenty robota muszą być miękkie, w tym wszelkie czujniki.”
Czerpiąc inspirację z ludzkiej skóry, Hardman i jego współpracownicy postanowili stworzyć elastyczny materiał czujnikowy, który mógłby wykrywać wszelkie uszkodzenia, przedmioty czy dotyk człowieka oraz monitorować otaczające środowisko. Stworzona przez nich sztuczna skóra oparta jest na hydrożelu (tj. żelu nierozpuszczalnym w wodzie, który zawiera również wodę w swoim wnętrzu) połączonym z systemem sprzętowym opartym na elektrodach.
Technologia tomografii impedancji elektrycznej
„Używamy specjalnie opracowanego czujnikowego hydrożelu jako podstawy naszej skóry, ponieważ jest on biodegradowalny, daje się dostosować i jest bardzo elastyczny”, wyjaśnił Hardman. „Łączymy to z technologią tomografii impedancji elektrycznej (EIT), która używa elektrod na krawędzi skóry do nakładania prądów i mierzenia napięć, które dostarczają nam informacji o stanie skóry. Na podstawie tych napięć próbujemy określić, gdzie skóra została dotknięta lub czy została uszkodzona.”
Zamiast analizować dane zgromadzone przez elektrody dzięki konwencjonalnej architektury opartej na sieciach neuronowych, jak to robi większość istniejących sztucznych skór, Hardman i jego współpracownicy stworzyli mapy deformacji dla swojego systemu opartego na hydrożelu, używając niewielkiej ilości danych z rzeczywistego świata. We wstępnych ocenach stwierdzili, iż ich system znacznie przewyższa system sztucznej skóry oparty na konwencjonalnych sieciach neuronowych, osiągając średnią rozdzielczość 12,1 mm na okręgu o średnicy 170 mm.
Zastosowania w świecie rzeczywistym
Dotychczas Hardman i jego współpracownicy przetestowali potencjał swojej skóry opartej na hydrożelu do trzech kluczowych zastosowań w świecie rzeczywistym: wykrywania lub lokalizacji uszkodzeń, monitorowania środowiska oraz rozpoznawania różnych bodźców dotykowych. Ich system sprawdził się we wszystkich tych trzech zadaniach, co sugeruje, iż może być użyty do zwiększenia możliwości miękkich systemów robotycznych projektowanych do różnych misji.
„Obecnie pracujemy nad poprawą kształtu i rozmiaru skór, aby można było użyć ich do wykrywania znacznie bardziej złożonych bodźców”, dodał Hardman. „Na przykład, gdyby skóra została zastosowana na robotycznej dłoni, chcielibyśmy, aby wykrywała nie tylko miejsce i siłę nacisku na skórę, ale także pozycję każdego palca i ewentualne uszkodzenia dłoni.”
Wynalazek naukowców z Uniwersytetu w Cambridge może być ogromnym krokiem naprzód w dziedzinie robotyki miękkiej. Tworzenie tak zaawansowanych, elastycznych i wrażliwych na dotyk sztucznych skór może przyczynić się do powstania bardziej zaawansowanych i wszechstronnych robotów, które będą w stanie lepiej współpracować z ludźmi i wykonywać różnorodne zadania, których dotąd nie były w stanie realizować.
Niewątpliwie odkrycie to otwiera nowe możliwości dla rozwoju robotów, które będą wyglądały i działały jeszcze bardziej jak ludzie. Prace nad usprawnieniem wynalazku oraz badanie jego zastosowań w praktyce mogą przyczynić się do rewolucji w dziedzinie robotyki i interakcji człowieka z maszyną. Wszystko wskazuje na to, iż przyszłość robotów będzie jeszcze bardziej fascynująca niż przypuszczaliśmy.
