Искусственная кожа, которая ощущает температуру, давление и может передавать сигналы гораздо быстрее, чем нервная система человека. Такое покрытие - изобретение ученых из Сингапура – может в скором времени обзавестись роботами и протезами.
Бенджамин Ти из Национального университета Сингапура и его коллеги создали искусственную кожу, состоящую из датчиков, расположенных внутри слоя пластика, который может определять давление, прикосновение и температуру. Все эти датчики составляют искусственную нервную систему, которая имеет беспрецедентную скорость реакции.
Новая электронная система кожи имеет очень высокую чувствительность и устойчивость к повреждениям и может сочетаться с любым типом искусственного покрытия. Все датчики подключены друг к другу с помощью одного провода, что означает, что измерения от всей кожи достигают в одно и то же время.
Результаты работы команды под руководством Ти были опубликованы в журнале Science Robotics.
«Большинство электронных систем являются синхронными, что означает, что им нужно сканировать каждый датчик по одному», – сказал Ти. – Требуется время для сканирования каждого датчика по очереди. Если у вас 1000 датчиков, и каждое сканирование занимает 1 миллисекунду, вся операция займет одну полную секунду, - добавил он.
Этот подход привел к очень быстрой реакции. Искусственная кожа, разработанная командой Tи, примерно в 1000 раз быстрее посылает сигналы, чем нервы в коже человека. – Например, когда мы прикасаемся к чашке кофе, наша кожа немедленно посылает сигналы в мышцы и мозг для обработки. Информация посылается по нервам, и у каждого человека их более 150 000. километров, – объяснил Ти.
– Люди используют чувство осязания для выполнения почти каждодневных действий, таких как поднятие чашки или рукопожатие. Без чувства осязания мы бы потеряли даже чувство равновесия при ходьбе. Точно так же у роботов должно быть чувство осязания, чтобы лучше взаимодействовать с людьми. Однако они все еще не способны хорошо воспринимать объекты, – признается Ти.
Чтобы создать систему ACES (Asynchronous Coded Electronic Skin), исследователи изучили влияние периферической нервной системы человека. Им потребовалось полтора года, чтобы разработать систему датчиков, которая потенциально могла бы работать лучше. В то время как электронная нервная система ACES обнаруживает сигналы, как и нервная система человека, в отличие от передачи сигналов по одному проводу. Как упоминалось ранее, это совершенно другой подход, чем в существующих электронных оболочках, которые имеют сложные кабельные системы, что делает их уязвимыми к повреждениям и трудно масштабируемым.
– Периферическая нервная система человека чрезвычайно эффективна и работает постоянно. Он также очень устойчив к травмам. Например, наше чувство осязания не меняется, когда мы получаем травму. Если мы сможем имитировать работу нашей биологической системы и сделать ее еще лучше, мы сможем привести к огромным достижениям в области робототехники, где в основном используется электронная кожа, – сказал ученый.
ACES может обнаружить прикосновение более чем в 1000 раз быстрее, чем сенсорная система человека. Например, он может различить физический контакт между различными датчиками менее чем за 60 наносекунд. Это самая быстрая электронная система скинов в истории. Кожа с поддержкой ACES также может точно определить форму, текстуру и твердость объектов в течение 10 миллисекунд, в десять раз быстрее, чем мгновение ока. Это возможно благодаря высокой точности и скорости перехвата системы ACES.
Система ACES также может быть разработана для достижения высокой устойчивости к физическим повреждениям, что является важным свойством для электронных кож, которые часто вступают в физический контакт с окружающей средой.
Искусственная кожа имеет простую систему электропроводки и невероятную скорость реакции даже при увеличении количества датчиков. Эти ключевые функции облегчат масштабирование системы для приложений искусственного интеллекта в роботах или протезах.
– Масштабируемость имеет решающее значение. Потребность в больших площадях высокопроизводительных электронных скинов для покрытия роботов и протезов – признал Ти. «Он может значительно упростить и позволить роботам иметь кожу всего тела, как и люди», - добавил он.
Источник: Национальный университет Сингапура