Výzkumným inženýrům se podařilo vyvinout speciální „robotickou kůži“.

Nově vyvinutý měkký senzor, na kterém spolupracovali výzkumníci z UBC a Hondy, představuje pozoruhodný krok v oblasti technologie senzorů a může najít využití v širokém spektru aplikací, od robotiky až po protetiku (obor zabývající se vývojem náhradních částí těla).

Když je tento senzor integrován na povrch protetického či robotického ramene, poskytuje schopnost robotovi vnímat dotek a na základě toho taktně reagovat (například když šáhnete na horkou plotýnku, tak zřejmě ihned ucuknete). Díky tomu by roboti mohli zvládat i mechanické práce, k nimž je zapotřebí hmatového citu, např. manipulace s měkkým ovocem nebo křehkou skleničkou. Kromě toho je ale senzor ve své podstatě podobný lidské kůži, díky čemuž by mohl usnadnit lidskou interakci do takové míry, aby byly bezpečnější a více připomínala přirozený dotyk.

„Naše zařízení je schopné rozlišit mezi různými intenzitami tlaku, což by mohlo umožnit protetickým a robotickým ramenům reagovat na dotekové podněty s větší obratností a přesností. To by mělo zahrnovat schopnost držet křehké objekty, jako jsou vajíčka či sklenice vody, bez rizika jejich poškození,“ uvedl hlavní autor studie Dr. Mirza Saquib Sarwar. Dodal, že tento senzor vznikl během jeho doktorského studia na Fakultě aplikovaných věd UBC v oblasti elektrotechniky a informatiky.

Obrázek 1 – DALL-E 3: Robot with a Girl

Může robot skutečně „cítit“?

Senzor je primárně vyroben z kaučukového silikonu, materiálu, který nalézá využití především ve tvorbě speciálních filmových efektů imitujících kůži – jako příklad, kde pravděpodobně tato metoda byla použita je film terminátor nebo Hannibal. Nicméně díky promyšlenému designu, na němž tým pracoval, má senzor schopnost napodobit charakteristické rysy lidské kůže – může se například stahovat či zvrásňovat.

„V našem senzoru využíváme slabá elektrická pole k detekci objektů, a to i na větší vzdálenost, což lze přirovnat k principu fungování dotykových obrazovek. Ale na rozdíl od klasických obrazovek je tento senzor pružný a je schopen vnímat síly, které působí na jeho povrch či podél něj. Tato kombinace vlastností by mohla být klíčová pro začlenění technologie do robotů, jejichž předmětem činnosti je interagovat s lidmi.,“ podotkl Dr. John Madden, hlavní autor studie a profesor elektrotechniky a informatiky na UBC, jenž stojí v čele Laboratoře pro pokročilé materiály a procesní inženýrství (AMPEL).

Technologii vyvinul tým z UBC ve spolupráci s Frontier Robotics – výzkumným ústavem společnosti Honda. Honda se ve světě humanoidní robotiky angažuje již od 80. let minulého století a stojí za tvorbou robota ASIMO, zařízením podporujícím chůzi a nedávno prezentovaným robotem Honda Avatar.

Obrázek 2 – Honda ASIMO robot

„Dr. Maddenova laboratoř disponuje výraznou odborností v oblasti pružných senzorů, díky čemuž je naše spolupráce s jeho týmem na vývoji dotykových senzorů pro roboty velmi obohacující,“ podotkl pan Ishizaki Ryusuke, jeden z vedoucích autorů studie a hlavní inženýr ve společnosti Frontier Robotics.

Možnost masové výroby

Výzkumný tým uvádí, že nový senzor je výrobně velmi jednoduchý, což zjednodušuje jeho možné širokopásmové použití a hromadnou výrobu.

Dr. Madden upozorňuje na skutečnost, že senzory spolu s pokrokem v umělé inteligenci činí stroje více přirozenými a lidem podobnými. Představa robota jako kus kovového, nemotorného tupého stroje by se tak mohla v budoucnu velmi změnit. Roboti by tak mnohem více připomínali lidské humanoidy, kteří by dokázali lépe zapadnout do společnosti. Madden ale přesto věří, že potenciál technologie je ještě mnohem větší.

„Naše kůže obsahuje na špičce prstu mnohonásobně více senzorických bodů než současná technologie, což nám umožňuje provádět činnosti jako je zapalování zápalek nebo šití. Aby budoucí senzory dosáhly vyšší míry podobnosti s lidskou kůží – například schopnost detekovat teplotu nebo vnímat poškození – bude nezbytné, aby roboti byly vybaveni inteligentnějšími zařízeními, s nimiž by dokázali určit, na jaké senzory se soustředit a jak na ně reagovat. Z toho důvodu je zde zapotřebí synergie mezi vývojem a umělou inteligencí, součástí, která tvoří pomyslnou robotovu „duši“.“ 

Obrázek 3 – DALL-E 3: Robot inspired by Vitruvian man

Komplexita správného robotického naprogramování

Jedna věc je možnost získání dodatečných informací, druhá věc je, jak tyto informace využít. Je to podobné jako když dostanete helikoptéru. Najednou se vám rozšíří portfolio možností – můžete prozkoumávat místa, ke kterým byste se autem nedostali, cestovat na velké vzdálenosti či létat na vrcholky hor. Všechno to zní skvěle, ale pokud nejste schopní helikoptéru obsluhovat a řídit, jsou vám tyto možnosti k ničemu.

Podobně je tomu i v případě „robotické kůže“. Jedna věc je přidat větší množství efektivnějších senzorů, druhá věc je umět robota naprogramovat tak, aby rozuměl informacím ze senzorů a správně na ně reagoval. Když to zjednoduším, můžeme použít logické vzory typu když/jinak – pokud je teplota povrchu, na němž má robot položenou ruku, vyšší než např. 50 stupňů Celsia nebo nižší než 0 stupňů Celsia, ruku stáhne a uloží si informaci o objektu. V opačném případě ruku ponechá a zkoumá další data. Toto je ale značně zjednodušená představa toho, jak může logické programování robota vypadat. Co ale s komplexnějšími situacemi? Představte si objekt s mírně matnou texturou, pokrytý lehkými prasklinkami a občasnými výčnělky, který se začne prohýbat při síle 50 Newtonů. Jak tuto informaci robotovi předáte, jak ji má interpretovat, co si na základě ní má „myslet“? Po zvážení těchto otázek zjistíme, že naprogramování správné interpretace a reakce na senzorické informace může být složitější, než se na první pohled zdá.

Shrnutí

• Inženýři z UBC a Hondy vyvinuli nový měkký senzor, který představuje průlom v technologii senzorů a má široké uplatnění od robotiky po protetiku.
• Tento senzor, podobný lidské kůži, umožňuje robotům a protézám vnímat dotek a přizpůsobit se, což zvyšuje jejich schopnost manipulovat s křehkými objekty a činí interakci s lidmi přirozenější.
• Senzor je vyroben z kaučukového silikonu a využívá slabá elektrická pole k detekci, což ho činí pružným a citlivým na různé síly působící na jeho povrch.
• Správná interpretace a následná reakce na hmatové informace jsou klíčové pro správný vývoj robotů. Za tímto úkolem stojí více obtíží, než se na první pohled může zdát.

Zdroj:

• ScienceDaily. (2023, October 26). Engineers develop breakthrough “robot skin.” ScienceDaily. https://www.sciencedaily.com/releases/2023/10/231026131623.htm