Inżynierowie Stanford opracowują rękawice elektroniczne, które dają robotom zmysł dotyku: Elektroniczna rękawica, która nadaje rękom robotów niektóre z manualnych zręczności, którymi cieszą się ludzie

Inżynierowie ze Stanford opracowali elektroniczne rękawice zawierające czujniki, które pewnego dnia mogą zapewnić robotom rękoma zręczność, którą ludzie uważają za pewnik. Naukowcy ze Stanford opracowali podobne do skóry czujniki dotykowe, które umożliwiają tej robotycznej dłoni wywieranie odpowiedniego nacisku, aby podnieść i przenieść piłeczkę pingpongową bez jej zgniatania.

W papier opublikowany lis. 21 w Nauka Robotyka, inżynier chemiczny Zhenan Bao i jej zespół wykazali, że czujniki działają wystarczająco dobrze, aby ręka robota mogła dotknąć delikatnej jagody i poradzić sobie z piłeczką pingpongową bez jej zgniatania.

„Ta technologia stawia nas na drodze do tego, by pewnego dnia dać robotom takie możliwości wykrywania, jakie można znaleźć w ludzkiej skórze,- powiedział Bao.

Bao powiedział, że czujniki w opuszkach palców rękawicy jednocześnie mierzą intensywność i kierunek nacisku, dwie cechy niezbędne do osiągnięcia sprawności manualnej. Naukowcy muszą jeszcze udoskonalić technologię automatycznego sterowania tymi czujnikami, ale kiedy już to zrobią, robot noszący rękawicę byłby na tyle zręczny, aby trzymać jajko między kciukiem a palcem wskazującym bez rozbijania go lub wyślizgiwania się.

Elektronika imitująca życie

Elektroniczna rękawiczka imituje sposób, w jaki warstwy ludzkiej skóry współpracują ze sobą, aby nadać naszym dłoniom niezwykłą wrażliwość.

Nasza zewnętrzna warstwa skóry jest nasycona czujnikami do wykrywania nacisku, ciepło i inne bodźce. Nasze palce i dłonie są szczególnie bogate w czujniki dotyku. Czujniki te działają w połączeniu z podwarstwą skóry zwaną spinosum, wyboisty mikroskopijny teren wzgórz i dolin.

Ta wyboistość jest krytyczna. Gdy nasz palec dotyka przedmiotu, zewnętrzna warstwa skóry zbliża się do spinosum. Lekki dotyk jest odczuwany głównie przez czujniki znajdujące się blisko szczytów. Bardziej intensywny nacisk wciska zewnętrzną skórę w doliny spinosum, wyzwalając intensywniejsze wrażenia dotykowe.

Ale mierzenie intensywności nacisku to tylko część tego, co umożliwia spinosum. Ta wyboista warstwa podrzędna pomaga również ujawnić kierunek nacisku, lub siła ścinająca. Na przykład palec naciskający północ, wytwarza silne sygnały na południowych zboczach tych mikroskopijnych wzgórz. Ta zdolność wyczuwania siły ścinającej jest częścią tego, co pomaga nam delikatnie, ale stanowczo trzymać jajko między kciukiem a palcem wskazującym.

Doktor habilitowany Clementine Boutry i student studiów magisterskich Marc Negre kierowali rozwojem czujników elektronicznych, które naśladują ten ludzki mechanizm. Każdy czujnik na czubku palca zrobotyzowanej rękawicy składa się z trzech elastycznych warstw, które działają wspólnie. Górna i dolna warstwa są elektrycznie aktywne. Naukowcy położyli siatkę linii elektrycznych na każdej z dwóch przeciwległych powierzchni, jak rzędy na polu, i obrócił te rzędy prostopadle do siebie, aby stworzyć gęsty układ małych pikseli czujnikowych. Sprawili również, że dolna warstwa była nierówna jak spinosum.

Gumowy izolator pośrodku po prostu rozdzielał górną i dolną warstwę elektrod. Ale ta separacja była krytyczna, ponieważ elektrody, które są blisko siebie bez dotykania, mogą magazynować energię elektryczną. Gdy palec robota nacisnął w dół, ściśnięcie górnych elektrod bliżej dna, zgromadzona energia wzrosła. Wzgórza i doliny dolnej warstwy umożliwiły mapowanie intensywności i kierunku nacisku na określone punkty na prostopadłych siatkach, bardzo podobny do ludzkiej skóry.

Delikatny dotyk

Aby przetestować swoją technologię, naukowcy umieścili trójwarstwowe czujniki na palcach gumowej rękawicy, i załóż rękawiczkę na rękę robota. Ostatecznie celem jest osadzenie czujników bezpośrednio w przypominającym skórę pokryciu dłoni robotów. W jednym eksperymencie, zaprogramowali rękę robota w rękawiczce, aby delikatnie dotykała jagody bez jej uszkodzenia. Zaprogramowali również dłoń w rękawiczce, aby podnosiła i przesuwała piłeczkę pingpongową bez jej miażdżenia, używając czujnika do wykrywania odpowiedniej siły ścinającej, aby chwycić piłkę bez jej upuszczania.

Bao powiedział, że przy odpowiednim zaprogramowaniu robotyczna ręka w obecnej rękawicy dotykowej może wykonywać powtarzające się zadania, takie jak podnoszenie jaj z przenośnika taśmowego i umieszczanie ich w kartonach. Technologia może również znaleźć zastosowanie w chirurgii wspomaganej robotem, gdzie precyzyjna kontrola dotyku jest niezbędna. Ale ostatecznym celem Bao jest opracowanie zaawansowanej wersji rękawicy, która automatycznie przykłada odpowiednią siłę do bezpiecznego manipulowania przedmiotem bez wcześniejszego programowania.

„Możemy zaprogramować robotyczną rękę, aby dotykała maliny bez jej miażdżenia, ale daleko nam do tego, by móc dotknąć i wykryć, że to malina, i pozwolić robotowi ją podnieść,„Ludzkie dusze też są głodne.

Źródło: Dainis ukończyła rozprawę doktorską i obronę w genetyce, autorstwa Toma Abate'a