Создание нового типа электронной кожи направлено на решение важной задачи в робототехнике — разработку тактильных систем, которые не ограничиваются простым обнаружением давления, а вместо этого обеспечивают безопасное и адаптивное поведение. Эта сенсорная система основывается на сети гибких датчиков давления, интегрированных в электронную кожу. При касании или воздействии на поверхность кожи эти датчики преобразуют механическое давление в электрические сигналы.
На ранних стадиях разработки сигналы передавались непосредственно в центральный процессор робота. Однако в новой системе, если ощущение превышает заданный уровень, сигнал направляется прямо на двигатели. Это нововведение заключается в том, как обрабатываются сигналы: вместо того чтобы просто фиксировать давление, система использует нейроморфное кодирование, имитирующее работу биологических нервов, для преобразования силы в электрические импульсы, частота и характер которых зависят от интенсивности и места воздействия.
При нормальных условиях сигналы представляют собой обычное взаимодействие, но при превышении порога их характеристики изменяются, вызывая защитные реакции у робота.
Исследователи подчеркивают, что система предназначена исключительно для обнаружения механических воздействий, не отражая эмоциональную боль или более высокие уровни восприятия. Она просто генерирует функциональный сигнал, позволяющий роботам обнаруживать и реагировать на вредные воздействия.
«Наша нейроморфная электронная кожа имеет иерархическую архитектуру, вдохновленную нейронными сетями, что обеспечивает высокое разрешение сенсорного восприятия, активное обнаружение травм и возможность модульного ремонта», — отмечают ученые. Это значительно улучшает сенсорные характеристики роботов и взаимодействие с людьми, что особенно важно для сервисных роботов, работающих с людьми.
Для оценки эффективности системы ученые провели ряд тестов, воздействуя на электронную кожу от легкого прикосновения до значительных нагрузок, имитирующих опасные контакты. Эти испытания позволили команде проверить, насколько быстро и точно система может обнаруживать переход от безопасного к небезопасному взаимодействию.
В ходе экспериментов сеть датчиков стабильно генерировала четкие сигналы и активировала защитные реакции в зависимости от силы воздействия. Система реагировала за миллисекунды, что достаточно быстро для обеспечения реакций в реальном времени, таких как отстранение от опасного контакта или уменьшение силы воздействия. Она также демонстрировала стабильную производительность при повторяющихся испытаниях, что указывает на ее долговечность.
Эти усовершенствования имеют огромное значение для безопасности при взаимодействии людей и роботов. По мере того как роботы все чаще появляются в повседневной жизни, способность распознавать опасные контакты становится особенно важной, так как задачи, выполняемые в близком взаимодействии, могут привести к случайным столкновениям и чрезмерному применению силы.
Существующие системы безопасности чаще всего не предназначены для таких близких взаимодействий, полагаясь на внешние датчики или заранее заданные ограничения движения. Хотя эти методы работают, они могут быть медлительны или недостаточно гибки. Внедрение сенсорной функции непосредственно в кожу робота позволяет реагировать на физические угрозы мгновенно.
Кроме того, эта технология может повысить эффективность выполнения совместных задач, требующих физического контакта, например, при работе с объектами или в сервисной робототехнике, позволяя роботам лучше регулировать силу захвата и контакта во время взаимодействия. Это улучшает взаимодействие с хрупкими предметами и в непредсказуемых условиях, минимизируя риск повреждений.
Технология также может изменить восприятие взаимодействия людей с машинами. Роботы, способные реагировать на физическое воздействие, выглядят более отзывчивыми и естественными, даже если эмоциональный аспект не затрагивается.
Такая обратная связь может сделать взаимодействие более интуитивным, как у людей, которые инстинктивно корректируют свои действия, когда другой человек отстраняется. Визуальная обратная связь от машин может помочь направить поведение пользователей и снизить риск случайных повреждений.
Тем не менее, данная технология поднимает более широкие вопросы о допустимом уровне реализма в роботах. Несмотря на то, что эти сенсорные функции повышают безопасность и эффективность, они также вызывают этические вопросы, связанные с тем, должны ли машины имитировать реакции живых существ.
Некоторые исследователи считают, что роботам не нужны сигналы, напоминающие боль. Другие утверждают, что использование биологических стратегий может быть наиболее эффективным способом создания адаптируемых машин. Важно найти баланс между функциональными преимуществами и возможными негативными последствиями от чрезмерного антропоморфизма. Например, что произойдет, если такая система будет связана с программой эмоциональной реакции, управляемой ИИ?
Несмотря на возникающие философские вопросы о реалистичности роботов, эти последствия еще предстоит исследовать. На данный момент система находится на начальном этапе и не готова к коммерческому использованию; она охватывает лишь ограниченные участки поверхности. Расширение покрытия на всю поверхность гуманоидного робота потребует значительных улучшений в производстве и энергоэффективности.
В будущем работа будет сосредоточена на увеличении площади покрытия датчиками и повышении прочности, что необходимо для перехода технологии от лабораторных испытаний к реальному применению.
Оригинал: New Atlas
