Электронная кожа: как наука позволила роботам чувствовать мир людей

В последние годы в области создания материалов для робототехники и протезирования был достигнут значительный прогресс. Ученые внедряют все более совершенные материалы, среди которых особое место занимает электронная кожа (e-skin), способная ощущать окружающую среду и искусственно воспроизводить тактильные ощущения.

Исследователи из Университета Цинхуа представили новую разработку в этой области – двухмодальную тактильную электронную кожу, которая не только повышает способности роботов к восприятию, но и позволяет им передавать информацию через осязание человека. Открытие обещает новый уровень взаимодействия человека и робота за счет двунаправленного обмена тактильной информацией.

(а) Принципиальная схема двухмодальной электронной кожи; (б) Изображение гибкой печатной платы (FPCB) с функциями тактильного восприятия и срабатывания, а также модулем Bluetooth; (с) Фото электронной кожи

Ученые отметили, что работа направлена на преодоление ограничений существующих технологий электронной кожи, которые могут либо воспринимать осязание, либо передавать тактильные сигналы, но не одновременно. Новая разработка объединяет обе функции, что позволяет уменьшить размер устройства и снизить стоимость производства.

Электронная кожа включает в себя гибкую магнитную пленку, силиконовый эластомер, массив датчиков Холла, массив актуаторов и микроконтроллер. Датчики Холла фиксируют деформацию магнитной пленки под воздействием механического давления, что приводит к изменению магнитного поля и позволяет достичь многомерного восприятия осязания. Актуаторы генерируют механические вибрации для тактильной обратной связи, улучшая взаимодействие между человеком и роботом.

Двунаправленное тактильное взаимодействие человека и робота. Электронная кожа надевается на руку человека и захват робота и передает информацию о тактильных ощущениях и вибрационной обратной связи двунаправленно и дистанционно

В ходе испытаний прототипа исследователи исследовали его потенциал в трех направлениях: распознавание объектов, точное взвешивание и погружающее взаимодействие человека с роботом. Особенно отмечается инновационный подход к взвешиванию с использованием тактильных вибраций, что позволяет контролировать скорость процесса и повышать точность до (~0.0246 г) при стоимости устройства менее $26 и весе менее 29 граммов.

Такая двухмодальная тактильная электронная кожа может найти применение в робототехнике, промышленности и разработке протезов, значительно расширяя возможности для управления и взаимодействия. В будущем исследователи планируют миниатюризацию компонентов, добавление новых сенсорных модальностей, таких как восприятие температуры, и внедрение звуковой обратной связи для создания полных ощущений и улучшения взаимодействия человека и машины.