Робототехника

Биологически искусственная кожа улучшает сенсорные способности роботов.

Вдохновленные человеческой кожей, ученые из Технического университета Мюнхена (TUM) разработали искусственную кожу с алгоритмами управления и использовали ее для создания первого автономного робота-гуманоида с искусственной кожей всего тела.

Кожа состоит из шестиугольных ячеек размером с монету в два евро. Каждый оснащен микропроцессорами и датчиками для обнаружения контакта, ускорения, близости и температуры. Такая искусственная кожа позволяет роботам видеть свое окружение гораздо более детально и с большей чувствительностью. Это не только заставляет их двигаться безопасно. Это дополнительно делает их более безопасными при работе рядом с людьми и позволяет им предвидеть и активно избегать контактов.

Кожа человека имеет около 5 миллионов рецепторов. Усилия по обеспечению последовательной обработки данных с датчиков в искусственной коже скоро окажутся за гранью. Прошлые структуры были быстро перегружены информацией всего от нескольких сотен датчиков.

Профессор Гордон Ченг и его команда разработали систему, объединяющую искусственную кожу с новыми алгоритмами управления.
Изображение: Астрид Экерт / TUM

Чтобы решить эту проблему, ученые не проводят постоянный мониторинг клеток кожи, а используют систему, основанную на событиях. Это снижает трудоемкость обработки до 90 процентов. Хитрость: отдельные ячейки передают данные от своих датчиков только при изменении значений. Это похоже на работу нервной системы человека. Например, мы чувствуем шляпу, когда впервые надеваем ее, но мы быстро привыкаем к ощущению. Нет веской причины снова видеть кепку, пока ветер не пронесет ее над нашей головой. Это дает нашей нервной системе возможность сконцентрироваться на новых впечатлениях, которые требуют физической реакции.

Благодаря подходу, основанному на событиях, ученые смогли успешно применить искусственную кожу к автономному роботу размером с человека, не зависящему от каких-либо внешних вычислений. Робот H-1 оснащен 1260 ячейками (с более чем 13000 датчиков) на его верхней части тела, руках, ногах и даже подошвах его ног. Это дает ему новое “телесное ощущение”. Например, с помощью чувствительных ног H-1 может реагировать на неровные поверхности пола и даже балансировать на одной ноге.

Гордон Ченг сказал : “Благодаря своей особой коже H-1 может даже безопасно обнять человека. Это менее тривиально, чем кажется: роботы могут приложить силы, которые серьезно повредили бы человеку. Во время объятий два тела соприкасаются в разных местах. Робот должен использовать эту сложную информацию, чтобы рассчитать правильные движения и оказать правильное контактное давление. Это может быть не так важно для промышленного применения, но в таких областях, как уход за больными, роботы должны быть рассчитаны на очень тесный контакт с людьми ”.

“Система кожи также очень прочная и универсальная. Поскольку кожа состоит из клеток, а не из одного куска материала, он остается функциональным, даже если некоторые клетки перестают работать”.

“Наша система разработана для бесперебойной и быстрой работы со всеми видами роботов. Сейчас мы работаем над созданием меньших клеток кожи с потенциалом производства в больших количествах ”.

Исследование описано в последнем выпуске журнала Труды IEEE.

Back to top button