Ученые из Стэнфорда создали перчатку, наделяющую роботов тактильными ощущениями

Роботизированная рука способна аккуратно брать малину и переносить мяч для пинг-понга благодаря эффективной работе датчиков, которые исключают их повреждение.

В статье, опубликованной в журнале Science Robotics, инженер Жэньан Бао (Zhenan Bao) и ее коллеги полагают, что разработанная ими технология сделала более реальной перспективу оснащения роботов способностями к осязанию, сопоставимыми с человеческой кожей. Датчики, расположенные на кончиках перчаток, одновременно фиксируют величину и направление оказываемого давления. Специалисты отмечают, что технология автоматического управления этими датчиками нуждается в дальнейшей доработке, но даже в текущем состоянии робот, оснащенный такой перчаткой, способен удерживать яйцо между большим и указательным пальцем, не повреждая его и не допуская выпадения.

Наружный слой кожи человека содержит рецепторы, отвечающие за восприятие давления, температуры и других показателей, что особенно важно для определения выделяются наши пальцы и ладони. Эти датчики работают в сочетании с составной частью эпидермиса ( Stratum spinosum). Когда наш палец соприкасается с предметом, внешний слой кожи контактирует stratum spinosum, благодаря невероятной чувствительности сенсоров, наши ощущения усиливаются пропорционально давлению.

Несмотря на это, давление – не единственный определяющий фактор. Этот слой кожи также способен определять направление давления и поперечную силу. К примеру, при сжатии верхней части куриного яйца пальцем, датчики, расположенные глубже, получают более выраженные сигналы, что позволяет нам удерживать яйцо между большим и указательным пальцем, обеспечивая надежный, но деликатный захват.

© Stanford University School of Engineering

Электронными датчиками разрабатывали Клементина Бутри (Clementine Boutry) и Марк Негре (Marc Negre), работающие в Стэнфорде, 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 обеспечивал разделение верхнего и нижнего слоев электродов. При нажатии роботизированным пальцем на объект и сближении верхних электродов с основанием, накопленная энергия возрастала, а конструкция нижнего слоя позволяла сопоставить интенсивность и направление давления с конкретными точками на перпендикулярных сетках, подобно человеческой коже.

Ученые закрепили свои многослойные датчики на пальцах резиновой перчатки и установили на роботизированную руку. В ходе одного из экспериментов они запрограммировали робота на аккуратное касание ягоды, исключающее ее повреждение. В другом случае рука, облаченная в перчатку, бережно поднимала и перемещала мяч для пинг-понга, используя датчик для определения необходимого уровня усилия, чтобы захватить мячик и не выронить его.

Ученые утверждают, что современная сенсорная перчатка с правильно настроенной роботизированной рукой способна выполнять различные повторяющиеся операции, такие как извлечение яиц с конвейера и укладка их в картонные коробки. Помимо этого, данная технология может быть использована в роботизированной хирургии. Однако главная цель исследователей – создание улучшенной модели перчатки, способной самостоятельно определять требуемую силу для безопасного взаимодействия с предметом, исключая необходимость предварительной настройки.