Sztuczna skóra uczy roboty chwytać grafit i odsuwać się od igły

Naukowcy z Chin opracowali sztuczną skórę dla robotów, która pozwala palcom chwycić kruchy grafit z ołówka, a przed igłą cofnąć się, zanim ta przebije powłokę. Kluczem nie są same czujniki, lecz szybkie odczytywanie i przetwarzanie ich sygnałów – tak jak robi to ludzki układ nerwowy.

Problem: im więcej czujników, tym więcej danych

Zespół z Southern University of Science and Technology w Chinach i współpracujących ośrodków opisał rozwiązanie w czasopiśmie Nature Machine Intelligence. Im bardziej szczegółową informację o dotyku chce się uzyskać, tym więcej punktów pomiarowych trzeba zastosować. A to oznacza więcej danych do odczytania, przesłania i obróbki.

Wiele sztucznych skór odpytuje czujniki jeden po drugim, więc wraz z ich liczbą rosną opóźnienia. Sąsiednie czujniki mogą się też zakłócać, przez co trudniej ustalić, w którym miejscu doszło do kontaktu. Nowy system odczytuje ponad 10 tysięcy elementów czujnikowych 100 razy na sekundę, a informacje przetwarza etapami.

Jak to działa

Skóra składa się z elastycznych elektrod i miękkiego żelu zawierającego naładowane elektrycznie cząstki. Nacisk zmienia odpowiedź elektryczną w miejscu styku żelu z elektrodami, dzięki czemu można mierzyć sygnały dotyku.

Aby odczytywać wiele punktów jednocześnie, badacze przypisali im różne częstotliwości sygnału w obrębie każdej wiązki czujników. Przypomina to wyłapywanie pojedynczych dźwięków z akordu: sygnały można rozdzielić, nawet gdy docierają razem. Częstotliwość wskazuje, który punkt został dotknięty, a siła sygnału – jak mocny jest nacisk.

Następnie dane są kompresowane. Pośredni etap przetwarzania, wzorowany na roli rdzenia kręgowego, zmniejsza ich ilość, zanim zajmie się nimi oprogramowanie wyższego poziomu. Po 268-krotnym zredukowaniu danych system nadal rozróżniał 10 kategorii codziennych przedmiotów z trafnością 98,2 proc. Cały cykl – od wyczucia dotyku po interpretację – trwał około 23 milisekund.

Chwyt grafitu i „ból” robota

Palce robota ze nową skórą chwytały grafit o średnicy zaledwie pół milimetra oraz miękki drut lutowniczy o grubości 0,2 mm. Gdy człowiek wyginał drut, palce korygowały ułożenie, aby go nie upuścić.

Skóra potrafi też chronić samą siebie. Badacze stworzyli wyliczany sygnał „bólu”, uwzględniający siłę nacisku, to, jak bardzo jest skoncentrowany, oraz jak gwałtownie się zmienia. Przy kolczastym kasztanie palce jedynie rozluźniały uchwyt, ale czubek igły dawał tak skupiony nacisk, że wywoływał wycofanie. Gdy mechanizm ochronny wyłączono, palce sunęły w stronę igły i część obszarów czujnikowych uległa uszkodzeniu.

Co to oznacza w praktyce

Na razie to wyniki laboratoryjne. Autorzy przyznają, że obecna wersja układów kodujących i dekodujących jest stosunkowo duża, co utrudnia pełne zintegrowanie ich ze skórą. Planują przenieść elektronikę do dedykowanych układów scalonych, bliżej elastycznej warstwy, która wykrywa dotyk.

Dla polskiego czytelnika to przede wszystkim sygnał, w jakim kierunku rozwija się robotyka: maszyny, które mają pracować z delikatnymi przedmiotami lub obok ludzi, potrzebują czucia zbliżonego do ludzkiego. Artykuł nie wskazuje terminu komercjalizacji ani konkretnych zastosowań, więc na takie roboty w fabrykach czy domach trzeba będzie jeszcze poczekać. Badanie nie dotyczy bezpośrednio przepisów w Polsce czy UE.

Źródło: Tech Xplore – „Artificial skin helps robots grasp pencil lead and pull away from needles”