Мягкие роботы, созданные из гибких материалов, находят применение в самых разных областях — от малоинвазивной хирургии до глубоководных исследований. Однако их возможности ограничены существенным недостатком: для восприятия окружающей среды и реагирования на нее большинство таких роботов полагается на отдельные электронные датчики, схемы обработки сигналов и приводы с питанием, которые координируются компьютерами. Эта цепочка компонентов добавляет устройству вес, делает его более сложным и создает в нем уязвимые точки, особенно в условиях высокой влажности, температуры или давления, где электроника крайне подвержена сбоям.
Разработанный специалистами Национального университета Сингапура датчик ME-SOFS (mechanical soft force sensor, механический мягкий датчик силы) представляет собой 3D-печатную мягкую пористую структуру с центральным столбиком, окруженным пятью заполненными жидкостью камерами — четыре расположены горизонтально, одна вертикально. Когда на датчик давят, столбик наклоняется в соответствующем направлении, жидкость вытесняется по мягким трубкам и приводит в движение исполнительные элементы на другом конце. Каждая камера реагирует независимо, поэтому устройство различает силу в трех направлениях — вперед–назад, в стороны и по вертикали.
«Мы применили уникальный подход, вдохновившись способностью природы создавать тактильные сенсоры для самых разных условий, просто используя клетки, которые по сути в основном состоят из жидкости, — объясняет один из руководителей исследования, профессор Бенджамин Ти. — Мы задались вопросом, может ли заполненный жидкостью канал не только ощущать прикосновение, но и непосредственно передавать тактильную обратную связь другому человеку».
Команда продемонстрировала универсальность датчика на нескольких робототехнических платформах. Мягкая перчатка с пятью миниатюрными датчиками размером с горошину была напечатана в едином процессе из одного материала без ручной сборки. Надетая на руку перчатка обнаруживала силу захвата на каждом кончике пальца и предсказывала вес удерживаемых объектов.
Особенно впечатляющей оказалась система тактильной обратной связи. Оператор с завязанными глазами управлял захватом робота-манипулятора исключительно через осязание: сила захвата передавалась как давление жидкости на тактильную подушечку на пальце оператора. Это позволяло человеку напрямую чувствовать, насколько крепко робот держит различные предметы — от яйца до деревянных блоков. Записанные сигналы успешного захвата затем воспроизводились для обучения робота самостоятельному повторению движения.
«Эта работа представляет яркий пример того, как само физическое тело может производить сенсорно-моторное поведение без необходимости в системе управления, — отмечает профессор Сесилия Ласки. — Эта форма воплощенного интеллекта, механический интеллект, встроенный в само тело, широко наблюдается в природе у разных видов».
Датчик сохраняет стабильную работу в горячей воде (90°C) и под давлением, эквивалентным глубине около 11 метров, что открывает путь к созданию более простых и надежных мягких роботов.
Ученые видят множество возможностей для будущего применения устройства. Соавтор разработки Ян Кэлу отмечает, что прямой переход «сила — действие» может быть особенно полезен там, где важны быстрота и безопасность: в обучении медиков, когда стажер ощущает те же усилия, что преподаватель, или в роботизированной помощи пожилым, где рука-ассистент должна почти рефлекторно усилить поддержку при начале падения, не ожидая реакции компьютера.
Ранее инженеры разработали искусственную кожу, которая в одном ультратонком слое одновременно распознает и температуру, и давление.
Источник: hi-tech.mail.ru