Az emberi érzékszervek közül a látást és a hallást már jól tudták adaptálni gépekhez, robotokhoz – esetenként jobban látnak, hallanak, mint az ember. A tapintás már komolyabb kihívások elé állította a fejlesztőket, de az áttörés már ezen a területen is küszöbön áll.
◼︎ Az emberi szintet közelítik a robotbőrök
Nem könnyű olyan bemeneti eszközt fejleszteni, amely az emberi bőrhöz hasonló érzékelőfunkciókat biztosít. Egyrészt biztosítani kell a rugalmasságát, hogy alkalmazkodjon a gépkar mozgásához; nem lehet túl vastag; ellenállónak kell lennie a külső hatásokkal szemben; végül pedig tartalmaznia kell mindazokat a szenzorokat (például nyomás- és hőmérséklet-érzékelőket), amelyek az információt elektronikus jelekké alakítva közvetítik központi vezérlőegységhez a megfogott tárgyról. Az ilyen, elektronikus vagy e-bőrnek (e-skinnek) is nevezett robotbőrt robotokhoz, ipari alkalmazásokhoz és művégtagokhoz találták ki.
Felhasználási területük széles lehet. A robotok számára lehetővé teszik a finomabb mozdulatok elvégzését, a tapintás révén pedig biztonságosabbá lehet tenni a működésüket emberek közelében. A művégtagok viselőit segítik a tapintásérzet valamilyen szintű visszanyerésében. A precíziós gépeknél vagy sebészrobotoknál, ahol kiemelten fontos a pontos visszajelzés, szintén komoly potenciál rejlik az alkalmazásukban.
A robotbőrök képességei négy csoportba sorolhatók. Érzékelik a nyomást, a hőmérsékletet, a rezgést, adott esetben a nedvességet vagy a vegyi anyagokat is. Rugalmas anyagokból, például szilikonból, polimerekből készülnek, így pontosan tudják követni a robottest mozgását. Fejlettebb típusaik önjavítóak, azaz apró sérülések után – az emberi bőrhöz hasonlóan – maguktól „begyógyulnak”. Mivel gyakran vezeték nélküli adatátvitelt biztosítanak a robot központi vezérlőegysége felé, egyre alkalmasabbak a kommunikációra is.
Mindenhol kísérleteznek
A világ minden táján kísérleteznek robotbőrökkel, és sok esetben látványos eredményeket értek el.
A Texasi Egyetemen rugalmas, hibrid nyomásérzékelésű e-bőrt fejlesztettek. Különlegessége, hogy nyúlásszenzorai révén mozgás közben is adattorzítás nélkül, pontosan képes érzékelni.
A Müncheni Egyetemen rendszerének apró, hatszögletű sejtekből felépülő – multimodális – rétegei rugalmasan illeszthetők különféle felületekre. A megoldással (például humanoid robot testébe integrálva) jelentősen csökkenthető az érzékelés számítási terhelése.
A kaliforniai CalTech sebtapasz-szerű robotbőre emberi karon és robotikai felületeken egyaránt alkalmazható, nanoméretű és vegyi szenzorokat tartalmazó, átlátszó hidrogél. Speciális tulajdonsága, hogy kétirányú érzékelésre képes: az ember érezheti azt, amit a robot, és a robot is érzékelheti azt, amit az ember.
Az egyik legújabb technológia a szén-nanocsöves optoelektronikus hibrid bőr. Ebbe optikai szálakat is integrálnak, így a nyomás és a hőmérsékletet érzékelése mellett közeli infravörös jeleket is detektál.
Egy szenzor mind felett
Az eddigi megoldások közös eleme, hogy a különböző típusú érzékelésekhez különféle szenzorokra van szükségük: az egyik a nyomást, a másik a hőmérsékletet érzékeli és így tovább. Egy új brit fejlesztés azonban komoly változásokat vetít előre: a különféle érzékeléstípusokat immáron egyetlen szenzor végzi.
A Cambridge-i Egyetem és az UCL (University College London) kutatói könnyen gyártható, megolvasztható és sokféle komplex formává alakítható, vezetőképes robotbőrt fejlesztettek. A fizikai bemenetek széles skáláját érzékelve és feldolgozva teszi lehetővé gépek számára az eddigieknél intelligensebb környezetérzékelést. A fejlesztés azért szintlépés, mert ez a bőr egyetlen szenzor, szemben a robotikus érintés jellemzően kis területekbe ágyazott érzékelőkkel működő és a különféle típusokhoz más szenzorokat igénylő egyéb megoldásaival.
| Hogyan készül a robotbőr?
A cambridge-i fejlesztők puha és rugalmas, az elektromosságot vezető, zselatinalapú hidrogélt olvasztottak meg, és öntöttek ki az emberi kéz formájára. Változatos elektródakonfigurációk tesztelésével határozták meg, hogy a különböző érintéstípusokról melyik szolgáltatja a leghasznosabb információkat. Az áramot vezető anyagnak köszönhetően a csuklóra helyezett mindössze 32 elektródából több mint 1,7 millió információdarabkát gyűjtöttek össze az egész kézről. A különféle fizikai tesztek során gyűjtött adatokat gépi tanulásos módszerrel dolgozták fel, hogy az érzékelés minél pontosabb, a jeltovábbítás pedig minél gyorsabb legyen. A következő hónapokban a bőr tartósságának javításán dolgoznak, és valós robotikai feladatok során végzett további teszteken is gondolkoznak. |
Előnyei egyértelműek: míg a különböző érzékelők jelei interferálhatnak egymással és az anyagok könnyen megsérülhetnek, addig az egyetlen szenzorként viselkedő bőrnél nem áll fenn ez a probléma. Másrészt a változatos érintéstípusokhoz tartozó szenzorokhoz egyre bonyolultabban előállítható anyagok kellenek. A kutatók egyanyagos megoldásukkal ezt az „összevisszaságot” igyekeztek kezelni; olcsó és tartós fejlesztésük közelebb áll az ember tapintásérzékelő rendszeréhez, a bőrünkhöz, mint az eddigi technikák.
Ez az e-bőr még nem olyan érzékeny, mint az emberi, de már most több mint 860 ezer apró útvonal alapján érzékel jeleket. Így válik lehetővé különböző típusú érintések (taktilis események), nyomások felismerése, amilyen például az ujjbeggyel „tapintás”, a forró vagy hideg felületek, a vágás vagy szúrás okozta sérülések, valamint több pont szimultán érintése.
Robotbőrök a gyártásban
Az e-bőrökkel kiegészített robotok nemcsak erősek és pontosak, hanem érzékenyek és alkalmazkodók is lehetnek. Ahogy a termelés elmozdul a rugalmas, intelligens automatizálás felé, ezek a robotok inkább ügyes és tanulékony munkatársakként, semmint merev gépekként funkcionálhatnak majd.
Az emberhez hasonló tapintásérzékelés révén a törékeny alkatrészek, az üveg vagy az elektronikai komponensek kezelésénél kifinomult erőszabályozásra képesek. A súrlódás, a rezgés és a hőmérséklet jobb érzékelésével hamarabb felismerhetik a működés nemkívánatos jellemzőit. Nagyobb rugalmasságukkal és automatizálhatóságukkal lehetővé válik az adaptív szerelés: a robot előre programozott mozdulatok végrehajtása mellett a környezet változásaira is reagálhat.
Az e-bőrök segítik a kollaboratív robotok fejlődését is: a robot azonnal érzékeli, ha emberrel érintkezik, és biztonságosan leáll, vagy megváltoztatja mozgását. Nemcsak az ember-gép együttműködés biztonsága nő, hanem annak hatékonysága is. Lehetőség nyílik kifinomult, kézműves jellegű feladatok, például luxuscikkek előállításának robotizálására. Mivel a robot képes érzékenyen bánni élelmiszerekkel, szövetekkel, gyógyszeripari termékekkel, könnyebb lesz a munkavégzés a biológiai anyagokkal.
