Чувствительная синтетическая кожа позволяет роботам ощущать свое собственное тело и окружающую среду. Команда из Мюнхенского технического университета (TUM, Германия) разработала систему, объединяющую искусственную кожу с алгоритмами управления, и использовала ее для создания первого автономного робота-гуманоида, тело которого почти полностью покрыто искусственной кожей, сообщает пресс-служба TUM. Описание разработки дано в журнале Proceedings of IEEE.
Искусственная кожа состоит из шестиугольных ячеек размером с монету в два евро (то есть около 2,5 сантиметров в диаметре). Каждая ячейка оснащена микропроцессором и датчиками для фиксации контакта, скорости, расстояния и температуры. Такая искусственная кожа позволяет роботам воспринимать свое окружение гораздо более детально и с большей чувствительностью. Это не только помогает им безопасно двигаться, но и делает их более безопасными при работе рядом с людьми и дает им возможность предвидеть несчастные случаи и избегать их.
Сами ячейки кожи были разработаны около 10 лет назад Гордоном Ченгом (Gordon Cheng), профессором когнитивных систем в Мюнхенском техническом университете. Но это изобретение раскрыло весь свой потенциал, только когда его интегрировали в сложную систему.
Самым большим препятствием в разработке кожи для робота всегда была вычислительная мощность. У кожи человека около пяти миллионов рецепторов, через которые он получает огромное количество информации. Для обработки такого же количества данных машине требуется огромная мощность. Предыдущие попытки создать кожу для робота оказались неудачными: системы были быстро перегружены данными уже от нескольких сотен датчиков.
Чтобы преодолеть эту проблему, Гордон Ченг и его команда не проводят постоянный мониторинг клеток кожи, а используют систему, основанную на событиях. Это снижает трудоемкость обработки до 90%. Хитрость заключается в том, что отдельные ячейки передают информацию 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. У нас нет необходимости снова замечать шляпу, пока ветер не свалит ее с нашей головы. Это позволяет нашей нервной системе сконцентрироваться на новых впечатлениях, которые требуют физической реакции.
Благодаря новому подходу ученые смогли применить искусственную кожу к автономному роботу размером с человека, не зависящему от каких-либо внешних вычислений. Робот H-1 покрыт кожей из 1260 ячеек (у которых более 13000 датчиков), расположенной на верхней части тела, руках, ногах и даже на подошвах его ног. Это дает ему новое «телесное ощущение». Например, с помощью чувствительных ног H-1 способен реагировать на неровные поверхности пола и даже балансировать на одной ноге.
Благодаря своей особой коже, H-1 может даже обнять человека, не причинив ему никакого вреда. Обычно роботы могут не рассчитать силу, сдавить человека в очень сильных объятиях и нанести ему серьезный вред. Во время объятий два тела соприкасаются в разных точках. Робот должен считать информацию, полученную от этих соприкосновений, и обработать ее, чтобы рассчитать правильные движения и оказать правильное 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», – объясняет Гордон Ченг.
Новая роботизированная система также очень надежна и универсальна. Поскольку кожа состоит из ячеек, а не из одного куска материала, она продолжит работать, даже если некоторые клетки выйдут из строя. Сейчас исследователи пытаются создать искусственную кожу с ячейками поменьше.
[Фото: Astrid Eckert / TUM]
