Инженеры разработали сверхчувствительную электронную кожу, которая наделит роботов осязанием

Разработчики искусственного интеллекта Facebook совместно с инженерами университета Карнеги-Меллон представили сверхчувствительную электронную кожу ReSkin, которая наделит роботов осязанием, а также может стать основой для протезов или нательных девайсов. Это трёхмиллиметровая гибкая мембрана, которая собирает данные о касании изменений магнитного поля, а также может помочь работу контролировать свои силы с помощью алгоритмов обучения и, например, не давить яйца при касании.

На самом деле от того, каким мир кажется на ощупь, зависит огромное количество стратегий того, как вы с ним будете взаимодействовать. Бессознательно вы подстраиваетесь под свои тактильные ощущения и так сжимаете предмет крепче, если он кажется тяжелым или, наоборот, осторожнее трогаете, если он кажется хрупким. Впрочем, пока даже младенцам удается выполнять сложные манипуляции, работы продолжают бороться даже с простыми задачами удерживания вещей в руках.

В контексте робототехники и искусственного интеллекта прикосновение должно обеспечить контакт для стабильного захвата и манипуляции с предметами, точные измерения силы сжатия и смещения и, что особенно важно, покрытие большой площади поверхности с хорошим пространственным разрешением для получения тактильной информации во всех точках контакта. Инженерные решения должны быть универсальными, недорогими и долговечными, но они медленно работают и требуют множества соединений, ведущих к проблемам с интеграцией и эксплуатацией.

Как работает искусственное прикосновение?

Мягкие сенсорные оболочки предоставляют тактильную или проприоцептивную информацию без влияния на основную механику системы. Касание является значением силы, ее точным положением, углом и видом взаимодействия. Данные сенсоров обрабатываются алгоритмами и помогают работам различать поверхности и идентифицировать предметы на ощупь, а также планировать свои движения и формировать план действий по ним. Это им нужно, чтобы найти общий язык и с предметами, с которыми должны работать, и с людьми рядом.

Инженеры постепенно отказались от жестких датчиков в пользу мягких материалов, но существует две основные причины, по которым сенсорная кожа все еще не является лучшим решением для тактильного восприятия. Во-первых, существует прямой компромисс между мягкими материалами, обеспечивающими податливость и их сроком эксплуатации. Мягкие сенсоры идеальны для ловких манипуляций, но подвержены разрушению и требуют гораздо более сложных алгоритмов обработки данных от одного датчика к другому.

Поэтому разработчики Meta AI (которые недавно были Facebook AI) и инженеры университета Карнеги-Меллон решили взять обычный полимер, имеющий более высокие эксплуатационные характеристики, но лишить будущую электронную кожу прямых электрических соединений между схемой и эластомером. Это идеально для снижения стоимости, поскольку позволит изменять только изношенный эластомер, а сама система продолжит работу.

Насколько чувствительна кожа?

Созданный разработчиками ReSkin представляет собой растяжимую и гибкую эластомерную мембрану, толщину от двух до трех миллиметров, со встроенными магнитными микрочастицами. Использование магнитных микрочастиц позволяет придавать коже различные формы, поэтому ее легко масштабировать и на большие площади, чем кончики пальцев роботов. Принцип чувствительности ReSkin основан на изменении относительного расстояния между встроенными магнитными микрочастицами в эластомерной матрице и ближайшим магнитометром.

Исследователи также представили алгоритм с открытым исходным кодом, позволяющим обрабатывать эти данные. Так чтобы продемонстрировать концепцию, они заставили робота взять со стола ягоды винограда и черники. Захват мягких и хрупких предметов требует обратной связи по силе - слишком большое усилие раздавит их. И встроенного измерения силы в манипуляторе (около 30 ньютонов) оказалось недостаточным, чтобы уберечь продукт от разрушения. А вот из ReSkin ягоды удалось оставить целиком. Чтобы продемонстрировать точность датчиков, их прицепили к обуви собаки и отправили ее гулять по парку. Датчик отследил величину и направление приложенной силы во время отдыха, ходьбы и бега. В конце концов, система не потеряла своей чувствительности и на большой площади, где для измерения понадобилось 40 магнитометров.

Разработчики считают, что развитие сенсорного восприятия поможет исследователям искусственного интеллекта улучшать его и так создавать более способные роботы, которые смогут учитывать как визуальные, так и тактильные ощущения. Такие датчики помогут в развитии технологий виртуальной или дополненной реальности, которым ощущения прикосновения тоже не хватает , а также могут стать частью нательных девайсов, которые смогут таким образом собирать данные о вашей активности.