Nature Communications: Создан датчик для имитации чувствительности кожи

Исследователи в области робототехники уже достигли больших успехов в разработке датчиков, способных воспринимать изменения положения, давления и температуры — все это важно для таких технологий, как носимые устройства и интерфейсы человек-робот.

Но отличительной чертой человеческого восприятия является способность воспринимать несколько стимулов одновременно, а это то, чего робототехнике пока не удается достичь.

Теперь Джейми Пайк и его коллеги из лаборатории реконфигурируемой робототехники (RRL) инженерной школы EPFL разработали датчик, который может воспринимать комбинации изгиба, растяжения, сжатия и изменения температуры, используя надежную систему, которая сводится к простой концепции: цвет.

Технология RRL, получившая название ChromoSense, основана на полупрозрачном резиновом цилиндре с тремя секциями, окрашенными в красный, зеленый и синий цвета. Светодиод в верхней части устройства посылает свет через его сердцевину, а изменения в пути света через цвета при сгибании или растягивании устройства улавливаются миниатюрным спектральным измерителем в нижней части.

Представьте, что вы пьете три разных вкуса слаши через три разные соломинки одновременно: пропорция каждого вкуса меняется, если вы сгибаете или выкручиваете соломинки. Тот же принцип использует ChromoSense: он воспринимает изменения в свете, проходящем через цветные секции, когда геометрия этих секций деформируется, — говорит Паик.

Термочувствительная секция устройства также позволяет ему определять изменения температуры, используя специальный краситель — такой же, как в футболках с изменяющимся цветом или кольцах настроения, — который перенасыщает цвет при нагревании. Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications и выбрано для страницы Editor's Highlights.

Более рациональный подход к носимым устройствам

Паик объясняет, что, хотя роботизированные технологии, основанные на использовании камер или множества чувствительных элементов, эффективны, они могут сделать носимые устройства более тяжелыми и громоздкими, к тому же требующими дополнительной обработки данных.

Чтобы мягкие роботы могли лучше служить нам в повседневной жизни, они должны уметь чувствовать, что мы делаем, — говорит она.

Традиционно самым быстрым и недорогим способом сделать это были системы, основанные на зрении, которые фиксировали все наши действия, а затем извлекали необходимые данные. ChromoSense позволяет получать более целенаправленные, информационно насыщенные показания, а сам датчик можно легко встраивать в различные материалы для решения разных задач.

Благодаря простой механической конструкции и использованию цвета, а не камеры, ChromoSense потенциально может быть использован для недорогого массового производства. Помимо вспомогательных технологий, таких как экзокостюмы, облегчающие передвижение, Пэк видит повседневное применение ChromoSense в спортивном снаряжении или одежде, которые могут быть использованы для обратной связи с пользователями по поводу их формы и движений.

Сильная сторона ChromoSense — ее способность воспринимать несколько стимулов одновременно — может быть и слабой стороной, поскольку разделение одновременно применяемых стимулов все еще является проблемой, над которой работают исследователи. В настоящее время, по словам Пайка, они сосредоточены на совершенствовании технологии, чтобы ощущать локально приложенные силы или точные границы материала при изменении его формы.

Если ChromoSense приобретет популярность и многие захотят использовать его в качестве универсального решения для роботов, то дальнейшее увеличение плотности информации датчика может стать действительно интересной задачей, — говорит она.

В будущем Пайк также планирует экспериментировать с различными форматами ChromoSense, прототип которого был создан в виде цилиндрической формы и как часть носимого мягкого экзокостюма, но также может быть представлен в плоской форме, более подходящей для фирменных роботов-оригами RRL.

С нашей технологией датчиком может стать все, что угодно, лишь бы через него проходил свет, — резюмирует она.

01.12.2023