Ученые нацелились решить сложную задачу в области робототехники — создание тактильных систем, которые выходят за пределы простого обнаружения нажатия и обеспечивают более безопасное и адаптивное поведение машин. Основой новой сенсорной системы является сеть гибких датчиков давления, встроенных в электронную кожу. Эти датчики способны преобразовывать механическую силу в электрические сигналы, когда по поверхности кожи происходит касание, сжатие или удар.
На ранних этапах разработки эти сигналы передавались непосредственно в центральный процессор робота. Однако в новой системе, если сила воздействия превышает установленный порог, сигнал направляется прямо на двигатели. Ключевое отличие данного подхода заключается в обработке сигналов. Вместо восприятия прикосновения как простого давления, система использует нейроморфное кодирование, основанное на принципах биологических нервов, для преобразования силы в быстрые электрические импульсы. Частота и природа этих импульсов варьируются в зависимости от интенсивности и места контакта.
Когда давление остается в пределах нормы, сигналы отражают обычное взаимодействие. Однако, превышение порога вызывает резкое изменение в характере сигнала, что активирует защитные реакции. Исследователи подчеркивают, что данная система предназначена исключительно для распознавания механических воздействий и не может интерпретировать эмоциональную боль или высокий уровень сенсорного восприятия, а лишь передает функциональный сигнал, указывающий на вредное воздействие.
«Наша нейроморфная роботизированная электронная кожа обладает иерархической архитектурой, вдохновленной нейронными сетями, что обеспечивает высокое разрешение сенсорного восприятия и активное обнаружение боли и травм через локальные рефлексы», — отмечают исследователи. — «Такое устройство значительно повышает сенсорные характеристики роботов, их безопасность и интуитивное взаимодействие с людьми, что особенно важно для сервисных роботов, способных проявлять эмпатию».
Для оценки эффективности системы исследователи провели ряд экспериментов, подвергая электронную кожу различным физическим воздействиям — от легких прикосновений до постепенно усиливающихся нагрузок, имитирующих потенциально опасные контакты. Эти тесты помогли команде определить, насколько точно система может в реальном времени определять переход от безопасного контакта к небезопасному.
В ходе экспериментов сеть датчиков стабильно генерировала четкие сигнальные паттерны, активируя защитные реакции в зависимости от приложенной силы. Система демонстрировала реакцию в течение миллисекунд, что позволяет поддерживать реакции в реальном времени, такие как отстранение от опасного контакта или уменьшение прикладываемой силы. Также была отмечена стабильная работа системы в течение повторяющихся циклов, что свидетельствует о ее долговечности.
Эти достижения имеют критическое значение для безопасности взаимодействия между человеком и роботом. С увеличением присутствия роботов в повседневной жизни, способность различать опасные контакты становится все более актуальной, особенно при выполнении задач на близком расстоянии, что увеличивает риск случайных столкновений и чрезмерного применения силы.
Большинство существующих систем безопасности роботов не предназначены для таких близких физических взаимодействий. Они часто полагаются на внешние датчики или заранее установленные ограничения движения. Хотя эти методы эффективны, они могут быть недостаточно быстрыми или гибкими. Встраивание этой сенсорной функции непосредственно в кожу робота позволяет машинам моментально реагировать на физические угрозы.
Кроме того, новая технология может значительно улучшить производительность при выполнении совместных задач, требующих физического контакта, таких как работа с объектами и использование вспомогательных устройств. Роботы смогут регулировать силу захвата и контакта в реальном времени, что сделает их взаимодействие с хрупкими предметами более естественным и безопасным.
Эта обратная связь также может сделать взаимодействие человека и робота более интуитивным. Как люди инстинктивно корректируют свое прикосновение, когда кто-то отстраняется, видимая реакция машин может помочь направить поведение и уменьшить непреднамеренный ущерб.
Несмотря на потенциальные преимущества, эта технология также вызывает вопросы о границах реализма роботов. Хотя сенсорные возможности повышают безопасность и производительность, заимствование стратегий из биологии вызывает этические и конструктивные дебаты о том, должны ли машины имитировать реакции живых существ.
Некоторые исследователи утверждают, что роботам не нужны сигналы, напоминающие боль, в то время как другие считают, что такие стратегии могут помочь создать адаптируемые и устойчивые машины. Важным остается поиск баланса между функциональными преимуществами и риском поощрения ненужного антропоморфизма.
На сегодняшний день система находится на начальном этапе исследований и еще не готова к коммерческому использованию. В настоящее время электронная кожа охватывает лишь ограниченные участки поверхности. Расширение покрытия на все тело гуманоидного робота потребует значительных изменений в производстве и улучшений в области энергоэффективности и обработки данных.
В будущем исследовательская работа будет сосредоточена на расширении покрытия датчиками и повышении прочности, что необходимо для перехода технологии из лабораторных условий в реальное применение.
Оригинал: New Atlas
