S napětím sledujeme nejnovější trendy a proud informací posíláme k vám…

Humanoidiní roboti budou vybaveni citlivou elektronickou kůži

Datum: 10.07.2020

Umela_kuze-robot

Vědci na Mnichovské univerzitě v Německu nedávno vyvinuli elektronickou pokožku, která by mohla napomoci reprodukovat lidský pocit doteku v robotech. Tento „e-skin“, prezentovaný v článku publikovaném v časopise Sensors, vyžaduje mnohem méně výpočetní síly než jiné existující elektronické kůže, a může být tedy aplikován na větší části těla robota.

„Naše hlavní motivace pro vývoj e-kůže vychází z přírody a je zaměřena na otázku, jak lidé interagují s okolním prostředím,“ řekl Florian Bergner, jeden z výzkumných pracovníků, který studii provedl. „Zatímco lidé jsou převážně závislí na zraku, náš smysl pro dotek je důležitý, jakmile jsou kontakty zapojeny do interakcí. Domníváme se, že když dáme robotům pocit doteku, může to rozšířit rozsah interakcí mezi roboty a lidmi – díky čemuž roboti budou spolupracovat bezpečněji a efektivněji.“

Bergner a další vědci pod vedením prof. Gordona Chenga vyvíjejí e-kůže již přibližně deset let. Zpočátku se snažili vytvářet systémy e-kůže s multimodálními snímacími schopnostmi podobnými těm u lidské kůže. Jinými slovy, pokusili se vytvořit umělou pokožku, která by mohla snímat lehký dotek, tlak, teplotu a vibrace, a zároveň efektivně distribuovat její citlivost na různých místech, kde došlo k dotekovým interakcím.

„Lidé nemohou rozlišovat pouze mezi různými druhy dotyků, ale také tam, kde k nim dochází,“ řekl Bergner. „Kromě replikace této schopnosti by systém umělé kůže měl udržovat fyzické napětí kontaktů, být škálovatelný a podporovat integraci s minimálním úsilím.“

Nový systém umělé kůže vyvinutý Bergnerem a jeho kolegy je tvořen šestiúhelníkovými snímacími moduly. Každý z těchto modulů má přibližně velikost pětikorunové mince. Když jsou spojeny, vytvářejí pružné kousky umělé kůže nebo kožní výplně, které lze připojit k různým povrchům, plochým i zakřiveným.

Dosud bylo zjištěno, že elektronické kůže, které lze aplikovat na velké povrchové plochy, představují významná omezení, pokud jde o množství dotykových informací, které mohou detekovat najednou. Systém vyvinutý Bergnerem a jeho kolegy si naopak zachovává pokročilé snímací schopnosti, aniž by vyžadoval rozsáhlou výpočetní sílu.

„Tradiční zpracování informací vede k nepřijatelně vysokým požadavkům na výpočetní výkon, vysokou spotřebu energie, vysokou rychlost přenosu informací, ztrátu informací a zpoždění,“ řekl Bergner. „Na druhou stranu lidé mohou zpracovat hmatové informace shromážděné přibližně 5 miliony kožními receptory bez jakéhokoli velkého úsilí. V naší nedávné studii jsme se ptali: Jak může lidský smysl pro dotek toho dosáhnout a jak můžeme v neurovědě toto pochopení využít ke zmírnění omezení našich elektronických kožních systémů?“

Místo neustálého odesílání informací do mozku mají receptory na lidské kůži tendenci zůstat neaktivní, dokud nezjistí změnu tlaku dotyku, teploty nebo vibrací. Když detekují změnu, receptory posílají signály, které se dostanou do mozku a cestují nervovými vlákny.

V důsledku tohoto procesu lidská kůže poskytuje mozku pouze nové informace týkající se dotyku. Bergner a jeho kolegové důkladně studovali tento biologický proces a pokusili se ho replikovat v jejich systému e-kůže.

„V našem systému každá umělá kožní buňka monitoruje své senzory, aby zjistila změny,“ vysvětlil Bergner. „Když detekují dostatečně velké změny, pak umělé kožní buňky ohlásí nové informace do počítače. Naopak, když nedetekují nic přejdou do režimu spánku. Tato operace významně snižuje nároky na výpočetní výkon.“

Systém umělé robotické kůže vyvinutý Bergnerem a jeho kolegy je škálovatelný, efektivní a flexibilní. Počáteční testy ukázaly, že dokáže zvládnout tok informací souvisejících s dotykem v systémech s velkou povrchovou plochou, aniž by vyžadoval přizpůsobený hardware a používal pouze standardní počítače.

Bergner a jeho kolegové úspěšně aplikovali svou umělou kůži na humanoidního robota H1. Dokázali pokrýt celé jeho tělo pomocí 1260 umělých kožních buněk, které mají přes 10 000 senzorů, což se nikdy předtím nestalo.

„Robot H1 pracuje soběstačně pouze se systémy na základní desce,“ vysvětlil Bergner. „Pokrytí buňkami umělé kůže bylo možné pouze díky výhodám našeho systému, který snižuje výpočetní zatížení přibližně o 80%.“

V budoucnu by vysoce efektivní elektronická kůže mohla být použita pro řadu robotů s vylepšenými dotykovými funkcemi. Kromě zvyšování bezpečnosti interakcí člověk-robot, což by mohlo být zvláště cenné v průmyslovém nebo zdravotnickém prostředí, by mohly být buňky e-kůže použity k vývoji nových technologických nástrojů, jako jsou protézy citlivé na dotyk, inteligentní předměty nebo dotykové obleky.

„Po vyřešení problému zpracování hmatových informací z e-kůže se nyní můžeme zaměřit také na zmenšování umělých kožních buněk a tím dosáhnout vyšší hustoty snímání,“ řekl Bergner. „H1 by nám díky velkoprostorné e-kůži mohl nyní umožnit zkoumat interakce mezi člověkem a robotem a ovládání celého těla.“

Foto: A. Eckert / TUM

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

osmnáct + 5 =