Могут ли роботы чувствовать боль? Кожа, разработанная для того, чтобы приблизить их к человеческому прикосновению

Революционная роботизированная кожа приближает машины к человеческому осязанию, поскольку она может определять давление, температуру, боль и даже различать несколько точек контакта одновременно.

Изготовленная из гибкого и экономичного гелевого материала, эта кожа превращает всю поверхность роботизированной руки в чувствительный интеллектуальный датчик , в отличие от традиционных роботизированных оболочек, которые используют комбинацию различных датчиков.

Кроме того, его можно прикрепить к роботизированным рукам, как перчатку, что позволит роботам получать информацию об окружающей среде так же, как это делают люди, сообщает Cambridge.

Исследователи из Кембриджского университета и Лондонского университетского колледжа (UCL) разработали эту гибкую проводящую кожу, которую легко изготовить и которую можно отливать и формовать в широкий спектр сложных форм. Эта технология обнаруживает и обрабатывает различные физические сигналы, позволяя роботам взаимодействовать с физическим миром более осмысленными способами.

В отличие от других роботизированных сенсорных решений, которые обычно работают с использованием датчиков, встроенных в небольшие области, и требуют разных датчиков для обнаружения разных типов прикосновений, электронная кожа, разработанная исследователями из Кембриджа и Лондонского университета, представляет собой полностью сенсор , что приближает ее к нашей собственной сенсорной системе: нашей коже.

Хотя кожа робота не так чувствительна, как человеческая, она может улавливать сигналы от более чем 860 000 крошечных путей в материале , что позволяет ей распознавать различные типы прикосновений и давления, такие как прикосновение пальцем, горячая или холодная поверхность, повреждения от порезов или проколов или одновременный контакт нескольких точек на одном и том же материале.

Исследователи объединили физические тесты и методы машинного обучения, чтобы помочь роботизированной коже «узнать», какие из этих путей наиболее важны, чтобы она могла более эффективно определять различные типы контакта.

В дополнение к потенциальным будущим применениям для гуманоидных роботов или человеческих протезов, где осязание имеет жизненно важное значение, исследователи говорят, что роботизированная кожа может быть полезна в таких различных отраслях, как автомобилестроение и ликвидация последствий стихийных бедствий. Результаты опубликованы в журнале Science Robotics .

Электронные оболочки работают, преобразуя физическую информацию, такую ​​как давление или температура, в электронные сигналы. В большинстве случаев для разных типов прикосновений требуются разные типы датчиков — один для определения давления, другой для температуры и т. д. — которые затем интегрируются в мягкие, гибкие материалы. Однако сигналы от этих датчиков могут мешать друг другу, и материалы легко повредить.

«Наличие разных датчиков для разных типов прикосновений приводит к усложнению производства материалов», — сказал ведущий автор доктор Дэвид Хардман из инженерного факультета Кембриджа. «Мы хотели разработать решение, которое могло бы обнаруживать несколько типов прикосновений одновременно, но с одним материалом».

«В то же время нам нужно что-то недорогое и долговечное, пригодное для широкого использования», — пояснил соавтор исследования доктор Томас Джордж Турутел из Лондонского университета в Лондоне.

Их решение использует тип датчика, который по-разному реагирует на разные типы прикосновений, известный как мультимодальное зондирование . Хотя сложно определить причину каждого сигнала, мультимодальные сенсорные материалы проще в производстве и более надежны.

Исследователи отлили мягкий, эластичный и электропроводящий желатиновый гидрогель и придали ему форму человеческой руки. Они протестировали различные конфигурации электродов, чтобы определить, какая из них обеспечивает наиболее полезную информацию о различных типах прикосновений. Всего с 32 электродами, размещенными на запястье, они смогли собрать более 1,7 миллиона точек данных со всей руки благодаря крошечным путям в проводящем материале.

Затем кожу тестировали с использованием различных типов прикосновений: исследователи подвергали ее воздействию тепловой пушки, нажимали на нее пальцами и роботизированной рукой, осторожно касались ее пальцами и даже прокалывали ее скальпелем. Команда использовала данные, собранные во время этих испытаний, для обучения модели машинного обучения, которая позволила бы руке распознавать значение различных типов прикосновений .

«Мы можем извлечь огромное количество информации из этих материалов; они могут очень быстро проводить тысячи измерений», — сказал Хардман, научный сотрудник-постдокторант в лаборатории профессора Фумии Ииды и соавтор исследования. «Они измеряют множество различных элементов одновременно, на большой площади».

«Мы пока не достигли уровня, на котором роботизированная кожа будет так же хороша, как человеческая, но мы считаем, что она лучше всего, что есть сейчас», — сказал Турутел. «Наш метод гибок и проще в реализации, чем традиционные датчики, и мы можем калибровать его, используя человеческое прикосновение для различных задач».

В будущем исследователи надеются повысить долговечность электронной кожи и провести дальнейшие испытания на реальных роботизированных задачах.