Skóra dla robota złożona z komórek wielkości pięciozłotowej monety, która łącznie obsługuje 13 tysięcy czujników – to najnowszy wynalazek naukowców z Niemiec inspirowany naturą
Docelowo sztuczna skóra ma odsługiwać miliony czujników. Ludzka skóra ma około 5 milionów receptorów.
Naukowcy z Uniwersytetu Technicznego w Monachium (TUM) zastosowali nową neuroinżynieryjną metodę, która pozwala skórze reagować w momencie zdarzenia, bez potrzeby monitorowania danych z każdego z czujników.
To znacznie ułatwia komputerom przetwarzanie danych. Poprzednie systemy szybko przepełniały się nawet przy zaledwie kilkuset czujnikach.
Imitacja układu nerwowego
Prof. Gordon Cheng i jego zespół nie monitorują komórek skóry w sposób ciągły, ale raczej za pomocą systemu opartego na zdarzeniach. Zmniejsza to wysiłek przetwarzania danych nawet o 90 procent. Poszczególne komórki przesyłają informacje ze swoich czujników tylko po zmianie wartości, co przypomina działanie ludzkiego układu nerwowego.
– Na przykład czujemy kapelusz, kiedy go zakładamy, ale szybko przyzwyczajamy się do tego wrażenia. Nie ma potrzeby, aby zwracać uwagę na kapelusz, dopóki wiatr nie zdmuchnie go z naszej głowy. Dzięki temu nasz układ nerwowy może skoncentrować się na nowych wrażeniach wymagających reakcji fizycznej – wyjaśnia Cheng, profesor systemów poznawczych TUM.
Robot już czuje
Wrażliwa skóra syntetyczna umożliwia robotom wyczucie własnego ciała i otoczenia – jest to kluczowa zdolność maszyn, jeśli mają funkcjonować w bliskim kontakcie z ludźmi.
Same komórki syntetycznej skóry Cheng opracował już 10 lat temu. Kluczem do nowatorskiego podejścia było jednak opracowanie wyrafinowanego, zintegrowanego systemu. Zespół przeprowadził już testy. Opracował system łączący sztuczną skórę z nowymi algorytmami sterowania i wykorzystał ją do stworzenia pierwszego autonomicznego robota humanoidalnego – wielkości człowieka – ze sztuczną skórą na prawie całej powierzchni maszyny.
Skóra w cztery lata
Robot H-1 został dostarczony do TUM już w 2015 roku. Od tego czasu profesor Cheng wraz z zespołem z Instytutu Systemów Poznawczych pracował nad rozwiązaniem.
Adres filmu na Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=V3_Ad2Nx86k
Źródło: TUM Muenchen / YouTube
Każda z 1260 sześciokątnych komórek sztucznej skóry jest wyposażona w mikroprocesor i czujniki do wykrywania kontaktu, ucisku, bliskości i temperatury. To pozwala robotowi postrzegać otoczenie ze znacznie większą szczegółowością, bezpieczniej się poruszać i współpracować z ludźmi. Tym samym H-1 stał się jednym z pierwszych robotów humanoidalnych, zdolnych do odczuwania i pełnej świadomości kontaktu – czegoś dotychczas nieznanego robotom.
Wszechstronny i solidny
System skóry Robota H-1 Chenga jest bardzo solidny i wszechstronny. Ponieważ składa się z wielu komórek, a nie z jednego kawałka materiału, pozostaje funkcjonalna, nawet jeśli niektóre z komórek ulegną awarii.
– Nasz system zaprojektowano tak, aby działał bezproblemowo i szybko z wszelkiego rodzaju robotami – mówi Cheng. – Teraz pracujemy nad stworzeniem mniejszych komórek skóry, które mogą zostać wyprodukowane w większej liczbie. System może zrewolucjonizować rynek protez.
Uścisk robota
Skóra Robota H-1 okrywa górną część „ciała”, ramiona, nogi i podeszwy – dzięki wrażliwym stopom H-1 jest w stanie reagować na nierówne powierzchnie podłogi, a nawet balansować na jednej nodze.
W nowej skórze H-1 może nawet bezpiecznie przytulić osobę. Jest to mniej banalne, niż się wydaje: roboty mogą wywierać siły, które poważnie zraniłyby człowieka lub uszkodziły inną maszynę. Podczas przytulania dwa ciała dotykają się w wielu różnych miejscach.
Adres filmu na Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=M-Y2HW6JcGI&t=28s
Źródło: TU Muenchen / YouTube
Robot musi wykorzystać tę złożoną informację do obliczenia prawidłowych ruchów i wywierania właściwego nacisku.
– Może to nie być tak ważne w zastosowaniach przemysłowych, ale w obszarach takich jak opieka pielęgniarska roboty muszą być zaprojektowane do bliskiego kontaktu z ludźmi – wyjaśnia Cheng. Z innymi maszynami też.