Учени са разработили нов тип изкуствена кожа, която позволява на роботите да усещат едновременно температура и натиск, действайки почти като истинска човешка кожа. Това забележително технологично постижение може да проправи пътя към създаването на по-интелигентни роботи, които взаимодействат с хората и околния свят много по-естествено и безопасно. За иновацията съобщи изданието Knowridge.

Изследването е ръководено от професор Сънг Хуан Ко (Seung Hwan Ko) и неговия научен екип от Националния университет в Сеул, Южна Корея, а резултатите са официално публикувани в престижното научно списание Nature Materials.

Предизвикателствата пред досегашните технологии 

Човешката кожа е един невероятен и комплексен сензорен орган. Тя може почти мигновено да разпознае дали даден обект е топъл или студен, мек или твърд, гладък или грапав. Още по-впечатляващо е, че тя комбинира цялата тази информация едновременно, за да ни помогне да вземем мигновени решения и да реагираме безопасно.

Предаването на точно тази многоизмерна способност на роботите досега беше огромно предизвикателство за учените. Повечето съществуващи роботизирани кожни системи използват няколко различни сензора, подредени един върху друг под формата на слоеве – един сензор отчита натиск, друг измерва температурата, а трети може да засича различен тип допир. Въпреки че този класически подход работи на теория, той прави самите устройства по-дебели, по-сложни, по-бавни и по-трудни за конструиране. Натрупването на слоеве също така намалява прецизността при отчитане на различни усещания в една и съща физическа точка.

Иновативното решение: Ултратънък мултимодален сензор

За да преодолеят тези технически ограничения, екипът на професор Ко е създал единствен, ултратънък сензор, който може бързо да превключва между отчитането на температура и отчитането на натиск. Вместо да се разчита на множество слоеве, всички функции са интегрирани в едно единствено гъвкаво устройство.

Сензорът е изработен от миниатюрна мрежа от нанопроводници, които имат специфична структура – сребърна сърцевина, заобиколена от обвивка от меден оксид. Този уникален дизайн позволява на сензора да превключва между температурен режим и режим на натиск впечатляващите 16 пъти в секунда.

Поради факта, че устройството е изключително тънко, то реагира светкавично: сензорът може да отчете натиск за по-малко от една милионна от секундата и да усети промени в температурата в рамките на милисекунди. Тези изключително бързи времена за реакция са от критично значение за съвременните роботи, които трябва да реагират буквално на секундата, докато боравят с предмети или работят в непосредствена близост до хора.

Синхрон с изкуствен интелект и реално приложение

Изследователите не са спрели дотук; те са свързали този сензор с безжична електронна платка и специализиран изкуствен интелект (ИИ). Този ИИ се е научил да разпознава различни обекти чрез съвместен анализ на подадената информация за тяхната температура и оказвания натиск.

Резултатите са недвусмислени: когато ИИ използва само данни за температурата или само за натиска, той правилно идентифицира обектите в около 65% от случаите. Но когато двата типа информация се анализират комбинирано, точността скача рязко до 95%. Дори в сценарии, при които обемът от сензорни данни е бил изкуствено намален, системата все пак е успяла да поддържа висока точност от над 94%.

В рамките на практическите експерименти, екипът е тествал устройство с размерите на върха на човешки пръст. В този тест, системата е успяла да разпознае правилно 20 различни обичайни ежедневни предмета с 83% точност, което убедително доказва, че технологията работи надеждно и в реални условия извън лабораторията. Впоследствие дизайнът е бил успешно мащабиран до голям сензорен масив, способен да измерва натиск и температура върху по-големи повърхности, като резолюцията е сходна с тази на човешката кожа. Това предполага, че в бъдеще цели роботи ще могат да бъдат покрити с тази иновативна изкуствена кожа.

Бъдещето на интелигентната кожа

Както отбелязват от Knowridge, тази технология крие огромен потенциал и има множество практически приложения, които излизат далеч извън рамките на традиционната роботика. Технологията би могла да подобри значително протезните крайници, предоставяйки на хората, които ги използват, много по-реалистично усещане за допир. Тя може също така да намери приложение в носимата електроника (wearable electronic skin), при създаването на т.нар. "меки роботи" (soft robots), в сложни роботизирани ръце за захващане на изключително крехки предмети, както и в напреднали интерфейси човек-машина.

Професор Ко категорично подчертава, че това проучване е първото в света, което нагледно доказва, че и температурата, и натискът могат да се измерват с висока точност чрез едно ултратънко устройство, без да е необходимо наслагване на множество сензори. Той вярва, че тази иновация има всички предпоставки да се превърне в ключов градивен елемент за бъдещите поколения роботи, помагайки им да усещат и реагират на света почти толкова естествено, колкото и самите ние.