Электронная кожа от Facebook сделала ощупь робота чувствительным

Это трех миллиметровая гибкая мембрана, которая собирает данные о касание с изменениями магнитного поля, а также может помочь роботу контролировать свои силы с помощью алгоритмов обучения. На самом деле от того, каким мир кажется на ощупь, зависит огромное количество стратегий того, как вы с ним взаимодействуете. Бессознательно вы подстраиваетесь под свои тактильные ощущения и поэтому сжимаете предмет крепче, если он кажется тяжелым или, наоборот, осторожно касаетесь, если он кажется хрупким. Впрочем, пока даже младенцам удается выполнять довольно сложные манипуляции, роботы продолжают бороться с простыми задачами удержанием вещей в руках.

В контексте робототехники и искусственного интеллекта ощущение должно обеспечить контакт для стабильного захвата и манипуляции с предметами, точные измерения силы сжатия и сдвига 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 пока они медленно работают и требуют множества соединений, которые ведут к проблемам с интеграцией и эксплуатацией.

Сенсорные оболочки оказывают тактильную или проприоцептивную информацию, не влияя на основную механику системы. Прикосновение является значением силы, ее точным положением, углом и видом взаимодействия. Данные сенсоров обрабатываются алгоритмами и помогают роботам различать поверхности и идентифицировать предметы на ощупь, а также планировать свои движения и формировать план действий.

Инженеры постепенно отказались от твердых 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, которые обеспечивают 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 (до недавнего времени были Facebook AI) и инженеры университета Карнеги-Меллон решили взять обычный полимер, который имеет более высокие эксплуатационные характеристики, и избавит электронную кожу прямых электрических соединений между схемой и эластомером. Это идеально для снижения стоимости, поскольку позволит менять только изношенный эластомер, а сама система продолжит работу. Главным принципом искусственного соприкосновения стало магнитное зондирование — магнитные частицы в эластомерах укажут магнитометр системы на взаимодействие, отвечая на деформацию со стороны. Изменения магнитных потоков декодируются в положение и величину контактной силы, а алгоритмы уже решат, что с этими данными делать.

Созданный разработчиками ReSkin является растяжимой и гибкой эластомерной мембраной толщиной от двух до трех миллиметров, со встроенными магнитными микрочастицами. Использование магнитных микрочастиц позволяет придавать коже различные формы, а потому ее легко масштабировать и на большие площади, чем кончики пальцев роботов. Принцип чувствительности ReSkin основывается на изменении относительного расстояния между встроенными магнитными микрочастицами в эластомерных матрицах и ближайших магнитометром.

Исследователи также представили алгоритм с открытым исходным кодом, который позволит обрабатывать эти данные. Так, чтобы продемонстрировать концепцию, они заставили манипулятор взять со стола ягоды винограда и черники. Мягкие и хрупкие предметы 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 с ReSkin ягоды удалось оставить целыми. Чтобы продемонстрировать точность датчиков, их прицепили на обувь 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 создавать более способных роботов, которые смогут учитывать как визуальные, так и тактильные ощущения. Такие датчики помогут в развитии технологий виртуальной или дополненной реальности, которым тактильной чувствительности тоже не хватает, а также могут стать частью нательных комплектующих, которые таким образом смогут собирать данные о вашей активности.

Более о чувстве роботов мы рассказывали в нашем материале «Как работы смотрят на мир, какое вино им подходит и почему Маск снова против всех «, а также nauka.ua писала, как сенсоры электронной кожи удалось заменить солнечными элементами, а человеческий пот помог перчатке отличить воздушный шарик от стакана.

Фото в анонсе: Facebook AI

Перевод материала nauka.ua