Кожа для роботов и протезов

Умный сенсор, напоминающий чувствительную кожу человека, очень нужен роботам, например тем, которые должны осторожно, но надежно захватывать предметы. Также он нужен людям, которые используют протезы взамен утерянных частей тела. Такой сенсор сможет служить и для других целей, к примеру для создания контактных панелей переключателей. Однако опыт последних десятилетий показывает, что создать искусственную кожу непросто.

Еще один шаг на этом пути сделала группа, объединившая канадских инженеров Университета Британской Колумбии и исследователей японской корпорации «Хонда». Команду робототехников возглавил Джон Мэдден (John Madden), профессор электрической и компьютерной инженерии университета. Разработчики придумали плоский сенсор из нескольких слоев растяжимого силикона, мягкого и приятного на ощупь. Разумеется, он легко изгибается, как и кожа. В его толще между слоями помещена сеть ячеек электрических конденсаторов, заряд которых изменяется при различных смещениях. Одна ячейка собирает сигналы от четырех деформируемых конденсаторов.

Подобно сенсорному экрану смартфона датчик реагирует на электрические поля, поэтому еще до касания может ощутить приближение раздражителя. Например, палец человека он чувствует за 1,5 см. Минимальное смещение поверхности силикона, которое способен фиксировать сенсор, составляет 40 мкм, что в полтора-два раза меньше толщины человеческого волоса. Сенсор определяет не только нажатия, но и перемещения вдоль его поверхности, то есть отличает сдвиговые нагрузки. Поэтому рука робота с такой кожей будет легко удерживать стакан с водой. Это успешно продемонстрировал в эксперименте робот-хвататель с двумя зажимами, покрытыми искусственной кожей.

Инженеры надеются применить искусственную кожу для роботов-гуманоидов. Фирма «Хонда» участвует в их разработке не случайно. С конца прошлого века она выпускает роботов и устройства, помогающие людям ходить. Тонкое чувство касания здесь очень важно.

Новый тактильный сенсор достаточно прост в изготовлении и может занимать большие участки поверхности. Профессор Мэдден надеется дополнить его датчиками температуры и повреждения. Обработка всех сигналов будет далеко не простой, поскольку придется выбрать иерархию взаимодействия датчиков разной природы. Джон Мэдден считает, что сделать это помогут программы искусственного интеллекта (ИИ).

Разработчикам есть куда расти: на единицу поверхности у кожи человеческих пальцев в сто раз больше чувствительных элементов, чем у нового сенсора. Статью, появившуюся в журнале Scientific Reports, можно скачать на его сайте.