Ученые научили роботов видеть прикосновения через цвет

SA: роботы получили новый орган чувств, позволяющий видеть силу прикосновения

Международная группа ученых разработала необычный тактильный сенсор, который позволяет буквально превратить прикосновение в цветное изображение. 

Новая технология дает роботам возможность не просто фиксировать контакт с предметом, а в реальном времени определять силу нажатия, форму соприкосновения, растяжение материала и распределение давления. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances. Разработку представили специалисты Университета Куин Мэри в Лондоне совместно с коллегами из Италии.

Главная особенность новой системы заключается в том, что она обходится без привычной для современных роботов сложной сети электронных датчиков. Вместо этого ученые создали мягкий многослойный материал, который при малейшем механическом воздействии меняет свою структуру и начинает отражать свет по-другому. В результате поверхность буквально меняет цвет в зависимости от того, как именно к ней прикоснулись.

Обычная цифровая камера фиксирует эти изменения практически мгновенно. Специальные алгоритмы анализируют цветовую картину и сразу определяют, где произошло касание, насколько сильным было давление, какой участок поверхности задействован и как распределяется нагрузка. По сути, сам материал становится датчиком, а информация передается не электрическими сигналами, а изменением цвета.

Авторы исследования считают, что такой подход может стать серьезным прорывом в робототехнике. Сегодня роботам гораздо проще увидеть предмет, чем аккуратно взять его. Камеры определяют форму объекта, однако не способны подсказать, с какой силой нужно сжать хрупкую деталь, чтобы не раздавить ее и при этом не уронить. Новый сенсор позволяет решить именно эту проблему, добавляя роботам аналог человеческого чувства осязания.

В промышленности технология может использоваться для сборки электроники, где роботам приходится работать с очень мелкими и легко повреждаемыми компонентами. Вместо сложной настройки силы захвата машина сможет буквально «видеть», насколько сильно она сжимает деталь, и автоматически корректировать свои действия.

Не менее перспективным выглядит применение разработки в медицине. Роботизированные хирургические комплексы сегодня во многом полагаются на изображение с камер, тогда как ощущение прикосновения практически отсутствует. Новый сенсор способен помочь системе различать плотность тканей, чувствовать сопротивление при контакте и контролировать силу воздействия на организм пациента. Это может сделать сложные медицинские манипуляции более безопасными и точными.

Еще одно направление — бионические протезы нового поколения. Если технологию удастся интегрировать в искусственные конечности, они смогут значительно точнее определять момент контакта с предметом, распределение нагрузки и силу сжатия. В перспективе это приблизит работу протезов к естественным ощущениям человека.

По словам авторов исследования, одной из главных проблем современных тактильных сенсоров остается компромисс между скоростью и точностью. Чем больше информации собирают датчики, тем сложнее и медленнее становится ее обработка. Новая разработка решает эту задачу иначе: материал сам преобразует механическое воздействие в оптический сигнал, который камера считывает практически без задержки. Это позволяет отказаться от громоздких массивов датчиков и существенно упростить конструкцию.

Пока технология существует в виде научного прототипа, однако исследователи рассчитывают адаптировать ее для промышленного производства. Если это удастся, роботы смогут не только видеть окружающий мир, но и почти так же естественно, как человек, чувствовать прикосновения, различать текстуру поверхностей и контролировать силу каждого движения. Именно отсутствие развитого «осязания» многие специалисты считают одной из главных причин, по которой современные роботы до сих пор уступают человеку при выполнении тонких и деликатных операций.

Читайте также: Тысячи микроземлетрясений помогли обнаружить неизвестную плиту под Аляской