Ученые из Бристольского университета разработали искусственный кончик пальца для роботов.
Имитируя человеческие механорецепторы на коже, кончик пальца робота может различать различные ребристые предметы.
Если все пойдет по плану, новая технология может означать улучшение заводских роботов и протезов.
Роботы очень плохо собирают вещи. Даже в промышленных условиях, когда роботы-сборщики оснащены различными типами захватов для маневрирования такими объектами, как банки, на сборочной линии, они не могут различать предметы разной формы, размера и твердости. В отличие от людей, которые используют зрительные, двигательные и сенсорные навыки, чтобы чувствовать и поднимать предметы, даже самые лучшие роботы имеют ограниченные ресурсы для выполнения этой задачи. Камеры, актуаторы и двигатели помогают, но сенсорная система, которая наделила бы роботов улучшенной ловкостью и тактильной обратной связью, могла бы изменить правила игры.
Исследователи из Бристольского университета считают, что у них есть решение: напечатанные на 3D-принтере кончики пальцев, которые могут помочь роботам «чувствовать», с чем они взаимодействуют. Технология, описанная в двух новых статьях, опубликованных в среду в Journal of the Royal Society Interface, может означать разницу между машинами, побеждающими людей в виртуальных шахматах, и машинами, способными фактически подбирать и маневрировать настоящими шахматными фигурами.
«Мы обнаружили, что наш тактильный кончик пальца, напечатанный на 3D-принтере, может генерировать искусственные нервные сигналы, которые выглядят как записи реальных тактильных нейронов», — говорит в подготовленном заявлении Натан Лепора, профессор робототехники и искусственного интеллекта на факультете инженерной математики Бристольского университета.
Люди испытывают осязание через нервные окончания в коже, называемые «механорецепторами», которые передают в наш мозг такие стимулы, как прикосновение, давление и форма. Наиболее чувствительные из них находятся в верхнем слое дермы (ткань чуть ниже кожи на поверхности) в неволосистых областях, таких как ладони, губы и, конечно же, кончики пальцев. Механорецепторы — это всего лишь один тип нервных окончаний в более крупной системе, которая контролирует наше осязание, называемой соматосенсорной системой. Другие рецепторы включают терморецепторы (которые сигнализируют о температуре), болевые рецепторы и проприорецепторы (которые помогают вам ощущать части вашего тела относительно друг друга.
Ясно, что воспроизвести эту сложную сеть нервов в протезе — непростая задача. Чтобы имитировать механорецепторы на кончике пальца человека, команда Лепоры использовала напечатанную на 3D-принтере сетку с булавкообразными сосочками — в основном небольшими бугорками, которые выступают из органа, как на вашем языке — на нижней стороне «кожи». Цель состояла в том, чтобы имитировать дермальные сосочки у людей между внешним эпидермальным и внутренним дермальным слоями кожи человека. Исследователи создали эти выступы с помощью усовершенствованного 3D-принтера, который смешивал твердые и мягкие материалы, чтобы рецепторы напоминали нашу собственную биологию.
Что касается тестирования искусственного кончика пальца? Команда университета обратила внимание на предыдущую работу, опубликованную в Журнале нейрофизиологии еще в 1981 году. В статье двое ученых построили электрические записи механорецепторов человека, чтобы изучить их тактильное пространственное разрешение — более или менее их способность идентифицировать набор стандартных ребристых форм. Ученые протестировали свой искусственный кончик пальца, напечатанный на 3D-принтере, в сравнении с теми же ребристыми формами, обнаружив очень близкое совпадение с нейронными данными из эксперимента 1981 года.
«Для меня самым захватывающим моментом было то, что мы посмотрели на наши записи искусственного нерва с кончика пальца, напечатанного на 3D-принтере, и они выглядели как настоящие записи более 40 лет назад», — говорит Лепора в подготовленном заявлении. «Эти записи очень сложные, с холмами и провалами по краям и гребням, и мы увидели ту же картину в наших искусственных тактильных данных».
Тем не менее, в этих результатах есть одно важное предостережение: искусственный кончик пальца менее чувствителен к мелким деталям, чем кончик человеческого пальца. Лепора считает, что это связано с тем, что кожа, напечатанная на 3D-принтере, толще, чем настоящая кожа. Поэтому для своего следующего выступления команда с головой погрузится в создание более реалистичной искусственной кожи.
Кто знает? Может быть, однажды у нас появится робот-гроссмейстер. Ну, если он сможет подобрать ферзя.