Специалисты в робототехнике и смежных отраслях современных технологий находятся в перманентном поиске решений снабжения механических «организмов» электронной кожей. Сегодня все они сталкиваются с одной и той же проблемой — необходимостью сделать традиционно твёрдые статичные микросхемы эластичными. Электронная кожа нужна роботизированным системам по ряду самых разных очевидных и не очень причин. Самая простая — сделать электронику более привлекательной и, если так можно выразиться, человечной. Впрочем, у электронной кожи есть и другие сценарии использования, самые интересные из которых хочется обсудить.
Роботов пытаются сделать максимально похожими на человека
Чтобы роботы стали обыденной частью человеческой жизни, они должны быть похожи на людей. Эту мысль наглядно доказывает один из самых известных человекоподобных роботов под названием «София» производства Hanston Robotics. В начале 2017 года мир потрясло его живое выступление на форуме «Инвестиционная инициатива будущего» (Future Investment Initiative) в Саудовской Аравии. Что интересно, именно это роботизированное чудо впервые в истории человечества получило гражданство конкретной страны. Поверх механизмов у «Софии» как раз используется электронная кожа, которая отвечает за мимику.
Электронная кожа поможет в фиксации прикосновений человека
Роботы, которые используются в производственных процессах на промышленных предприятиях, сейчас чаще всего изолированы от людей. Всё дело в том, что они в массе пока не воспринимают соприкосновения с препятствиями, поэтому могут быть опасны для человека. Ситуацию должна решить электронная кожа — к примеру, относительно простой вариант AIRSKIN, который компания Blue Danube Robotics показала ещё в конце 2017 года. Он представляет собой систему баллонов, наполненных воздухом, с датчиками давления. Когда оно меняется при прикосновении, робот останавливает выполнение технологической операции.
Кожа пригодится для корректного перемещения в пространстве
Чтобы перемещаться по окружающему миру и всячески взаимодействовать с ним, человек использует не только зрительную систему, но и целый ряд других рецепторов. Аналогичный механизм в дополнение к компьютерному зрению для роботов можно реализовать с помощью электронной кожи. В Национальном университете Сингапура как раз разрабатывают нечто подобное. Специалисты пытаются реализовать и запустить в массы асинхронно кодированную электронную кожу, которая призвана фиксировать любые механические повреждения. Инженеры обещают, что их разработка будет в 1000 раз эффективнее человеческой кожи.
Электронная кожа с электропроводностью поможет в управлении
Электронная кожа также может пригодиться для упрощения процесса управления роботами. В неё можно интегрировать специальный сенсорный слой, который будет реагировать на прикосновения и отдавать с помощью них всевозможные команды машине. Ещё в 2011 году в сети появлялись научные материалы про разработку чего-то подобного учёными из Стэнфордского университета. Они придумали прозрачный материал, в который интегрированы специальные проводящие ток пластины. По большому счёту, их вариант электронной кожи содержит практически точно такой же слой, как в современных смартфонах с сенсорным экраном.
Электронная кожа нужна для контроля усилия движений робота
В конце 2018 года учёные из Китайской академии наук опубликовали исследование, которое касается разработки электронной кожи с возможностью ощущать прилагаемое к ней усилие. Подобный вариант покрытия роботизированных систем необходим для того, чтобы контролировать силу сжатия чего-либо и менять её. Это нужно, чтобы машина могла манипулировать с любыми относительно хрупкими предметами. Вместе с ней робот, по большому счёту, сможет безопаснее взаимодействовать с прикосновениями человека, не причиняя ему вред. Это — важный шаг в развитии человекоподобных домашних помощников.
В кожу можно встроить целый ряд вспомогательных датчиков
В 2019 году Команда из Мюнхенского технического университета рассказала о своей новой разработке. Она создала человекоподобного робота, большая часть поверхности которого покрыта специальными шестиугольными ячейками 2,5 сантиметра в диаметре. Каждая из них содержит в себе массу датчиков, которые помогают роботу не только чувствовать прикосновение, но и ориентироваться в пространстве, фиксируя объекты, расположенные вокруг. Во всех этих ячейках также имеется специальный микропроцессор, который обрабатывает данные и передаёт их для финальной проработки в центральную систему.
Искусственная кожа научится имитировать нервную систему
Одной из функций нервной системы человека является выборочное использование информации, которую способны собрать рецепторы в разных системах организма. Это нужно для того, чтобы нивелировать возможную перегрузку мозга и сконцентрироваться только на том, что действительно важно в данный момент времени. Нечто подобное команда из Мюнхенского технического университета реализовала и в своей разработке. Ячейки с массой вспомогательных датчиков не передают абсолютно всю собранную информацию в центральную вычислительную систему. Вместо этого они ограничиваются лишь той, которая важна прямо сейчас.
Электронная кожа поможет защитить внутренние компоненты
Электронная кожа нужна роботу не только для того, чтобы защитить человека. Она также понадобится машине, чтобы держать в безопасности свои невероятно дорогостоящие внутренние компоненты. С помощью внушительного числа различных датчиков она помогает механизму ориентироваться в пространстве, чувствовать прикосновения, а также контролировать силу прилагаемых усилий. По идее, она должна помочь роботу избежать поломок даже в том случае, если в него заложен заведомо ошибочный алгоритм движения. Это сэкономит массу средств и ускорит развитие индустрии.
Электронную кожу можно восстановить при повреждениях
Возвращаясь к вопросу защиты от повреждений, также следует учесть и возможность ремонта электронной кожи после любого неудачного контакта с окружающим миром. Учёные из Университета Колорадо, к примеру, придумали специальный механизм восстановления материала, из которого должно изготавливаться верхнее покрытие человекоподобных роботов. Для этого на повреждённый участок электронной кожи их производства нужно нанести полиимин и, если это возможно, нагреть поверхность до 80 градусов. На подобное «лечение» понадобится от 10 до 30 минут времени, и следов повреждения остаться не должно.
Электронная кожа также нужна для реалистичных протезов
Крайне важно понимать, что электронная кожа со всеми описанными выше потенциальными фишками определённо понадобится не только для роботов, но и для роботизированных протезов. Сегодня механические модели также не особенно пригодны для взаимодействия с хрупкими предметами — на это обращают внимание инженеры из Колорадского университета в Боулдере. Они уверены, что, если, к примеру, обтянуть протез руки чувствительной к прикосновениям электронной кожей, человеку станет проще взаимодействовать с предметами — пропадёт риск выронить тот же стакан с водой или случайно раздавить его.
