Elektroniczna skóra dla robotów: tani, elastyczny i czuły materiał inspirowany ludzkim dotykiem

Naukowcy z Cambridge i University College London opracowali innowacyjną elektroniczną skórę dla robotów, wykonaną z jednego materiału, który potrafi wykrywać temperaturę, nacisk i uszkodzenia. Nowa technologia łączy elastyczność, wytrzymałość i niskie koszty produkcji, oferując przełomowe możliwości w robotyce, protetyce i przemyśle.

Posłuchaj
00:00

Jednolity materiał jako sensor: nowa jakość w percepcji dotykowej robotów

Technologia ta, przypominająca rękawicę zakładaną na dłoń robota, umożliwia mu odczyt informacji o otoczeniu w sposób zbliżony do ludzkiego. Nowatorska, elastyczna i przewodząca elektronika, którą można łatwo wytwarzać i formować w złożone kształty, pozwala robotom nie tylko odczuwać fizyczne bodźce, ale i je przetwarzać. Dzięki temu maszyny mogą skuteczniej wchodzić w interakcje ze światem fizycznym.

W przeciwieństwie do klasycznych rozwiązań dotykowych w robotyce, które bazują na sieci różnych czujników osadzonych w wybranych punktach, nowa elektroniczna skóra całościowo pełni funkcję sensora - analogicznie do ludzkiej skóry. Materiał potrafi rozpoznać ponad 860 000 mikroskopijnych kanałów przewodzących, co umożliwia mu wykrycie różnych typów dotyku i nacisku: od lekkiego stuknięcia palcem, przez kontakt z gorącą lub zimną powierzchnią, po uszkodzenia mechaniczne, jak skaleczenie czy nakłucie.

Aby zoptymalizować działanie skóry, zespół przeprowadził testy fizyczne oraz zastosował techniki uczenia maszynowego. Dzięki nim skóra „uczy się” rozpoznawać najistotniejsze ścieżki sygnałowe dla danego rodzaju kontaktu.

Chociaż technologia znajduje oczywiste zastosowania w robotach humanoidalnych i protetyce, gdzie kluczowe znaczenie ma zmysł dotyku, może być również użyteczna w motoryzacji, działaniach ratowniczych czy pracach w niebezpiecznym środowisku.

Przewaga nad tradycyjnymi rozwiązaniami

Elektroniczne skóry działają poprzez przekształcanie informacji fizycznych - takich jak nacisk czy temperatura - na sygnały elektryczne. Tradycyjnie wymaga to wielu rodzajów czujników (np. osobnych dla temperatury i nacisku), które są wbudowywane w miękkie, elastyczne materiały. Takie rozwiązania są jednak skomplikowane w produkcji, podatne na uszkodzenia, a ich sygnały często się wzajemnie zakłócają.

– Posiadanie osobnych czujników do każdego rodzaju dotyku sprawia, że materiał jest trudny do wykonania – tłumaczy dr David Hardman z Wydziału Inżynierii Uniwersytetu Cambridge, główny autor badania. – Chcieliśmy stworzyć rozwiązanie, które potrafi wykrywać różne rodzaje bodźców w obrębie jednego materiału.

Zespół użył rozciągliwego, przewodzącego hydrożelu na bazie żelatyny, który został roztopiony i odlewany w formie ludzkiej dłoni. Przy zastosowaniu 32 elektrod umieszczonych w okolicy nadgarstka możliwe było zebranie ponad 1,7 miliona danych z całej powierzchni „skóry”. Testy obejmowały między innymi działanie gorącego powietrza, dotyk palcem i ramieniem robota, a nawet przecięcie skalpelem. Dane z testów posłużyły do trenowania modelu uczenia maszynowego, który uczył się rozpoznawać różne rodzaje kontaktu.

– Te materiały potrafią błyskawicznie dostarczać ogromne ilości danych – mówi dr Hardman. – Działają na dużej powierzchni i mierzą wiele parametrów jednocześnie.

– Choć nasza skóra nie dorównuje jeszcze czułością ludzkiej, to przewyższa dostępne obecnie alternatywy – dodaje dr Thomas George Thuruthel z UCL. – Jest elastyczna, prostsza w budowie i można ją kalibrować za pomocą ludzkiego dotyku w różnych zadaniach.

Zespół planuje w przyszłości zwiększyć trwałość skóry i przetestować ją w rzeczywistych zastosowaniach robotycznych.

Projekt był wspierany przez Samsung Global Research Outreach Program, Royal Society oraz brytyjską Radę ds. Badań Inżynieryjnych i Nauk Fizycznych (EPSRC). Prof. Fumiya Iida, współautor, jest członkiem Corpus Christi College w Cambridge.

 

Źródło: University of Cambridge

Powiązane treści
Cyborgi z czułkami – owady sterowane mikrochipem nową nadzieją dla ratownictwa
Zobacz więcej w kategorii: Gospodarka
Zasilanie
Eneris uruchomił w Siemiatyczach elektrownię PV
Produkcja elektroniki
Holenderski rząd przejmuje kontrolę nad firmą Nexperia
Pomiary
Polski odbiornik GNSS zsynchronizuje czas w europejskiej infrastrukturze krytycznej
PCB
Würth Elektronik rozwija technologie PCB w europejskim projekcie PROACTIF
Komponenty
Mouser Electronics i igus zawarli globalną umowę dystrybucyjną
Zasilanie
Infineon zasili swoje zakłady zieloną energią elektryczną
Zobacz więcej z tagiem: Projektowanie i badania
Technika
Generatory TEG - dobór modułu do aplikacji
Informacje z firm
Rozwiązywanie problemów z błędnymi kodami - seria filmowa
Szkolenie
EMC w praktyce – szkolenie dla mechaników i projektantów systemów

Najczęstsze błędy przy projektowaniu elektroniki i jak ich uniknąć

W elektronice „tanio” bardzo często znaczy „drogo” – szczególnie wtedy, gdy oszczędza się na staranności projektu. Brak precyzyjnych wymagań, komponent wycofany z produkcji czy źle poprowadzona masa mogą sprawić, że cały produkt utknie na etapie montażu SMT/THT albo testów funkcjonalnych. Konsekwencje są zawsze te same: opóźnienia i dodatkowe koszty. Dlatego warto znać najczęstsze błędy, które pojawiają się w projektach elektroniki – i wiedzieć, jak im zapobiegać.
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów