Разработана перчатка, которая дает роботам чувство осязания

В статье, опубликованной в журнале Science Robotics, инженер Жэньан Бао (Zhenan Bao) и ее команда утверждают, что технология приблизила тот день, когда роботы будут оснащены теми же способностями к осязанию, которые дает человеку его кожа. Датчики на концах перчаток одновременно измеряют интенсивность и направление давления. Исследователи признают, что технология автоматического управления этими датчиками еще требует совершенствования, однако уже сейчас робот в такой перчатке достаточно ловок, чтобы держать яйцо между большим и указательным пальцем, не разбивая его или не позволяя ему выскальзывать.

Внешний слой человеческой кожи также имеет сенсоры для определения давления, тепла и других параметров, а особенно в этом плане выделяются наши пальцы и ладони. Эти датчики работают в сочетании с составной частью эпидермиса (Stratum spinosum). Когда наш палец касается предмета, внешний слой кожи касается stratum spinosum, сенсоры которого невероятно чувствительны. Чем интенсивнее давление, тем сильнее наши ощущения. 

Однако сила давления — еще не все. Этот подуровень кожи также помогает выявить вектор давления и поперечную силу. Например, палец, сжимая верхнюю часть куриного яйца, создает более сильные сигналы в сенсорах, расположенных ниже, что позволяет нам мягко, но твердо держать яйцо между большим и указательным пальцем.

© Stanford University School of Engineering

 
Сотрудники Стэнфорда Клементина Бутри (Clementine Boutry) и Марк Негре (Marc Negre) занялись разработкой электронных датчиков, имитирующих этот человеческий механизм. Каждый датчик на кончике пальца роботизированной перчатки выполнен из трех гибких слоев, работающих сообща. Верхний и нижний слои электризованы. Исследователи положили сетку электрических линий на каждую из двух обращенных друг к другу поверхностей и повернули эти ряды перпендикулярно друг другу, чтобы создать плотный массив мелких чувствительных пикселей, повторяя строение stratum spinosum.

Резиновый изолятор разделял верхний и нижний слои электродов друг от друга. Когда роботизированный палец давил на предмет, прижимая верхние электроды ближе к основанию, запасенная энергия увеличивалась, а строение нижнего слоя позволяло сопоставить интенсивность и направление давления с конкретными точками на перпендикулярных сетках, подобно человеческой коже.

Исследователи разместили свои трехслойные датчики на пальцах резиновой перчатки и надели на роботизированную руку. В одном эксперименте они запрограммировали робота осторожно коснуться ягоды, не повредив ее. В другом случае рука в перчатке аккуратно поднимала и перемещала мяч для пинг-понга, используя датчик для определения соответствующей силы сдвига, чтобы схватить мячик и не опускать его.

По словам ученых, при правильном программировании роботизированная рука в современной сенсорной перчатке может выполнять разные рутинные задачи: например, снимать яйца с конвейерной ленты и класть их в картонные коробки. Кроме того, технология может найти применение в роботизированной хирургии. Однако своей основной целью ученые видят разработку усовершенствованной версии перчатки, которая самостоятельно рассчитывает необходимое количество силы для безопасного контакта с объектом без предварительного программирования.