Depositphotos
Исследователи из Кембриджского университета создали крошечный тактильный датчик, способный приблизить тактильные ощущения роботов к человеческим.
Новая технология базируется на композите из жидких металлов и графене. Оболочка позволяет роботизированным системам определять не только силу при нажатии на объект, но и направление приложенных сил, скользит ли при этом объект, шероховатость поверхности в масштабе близком к возможностям кончиков человеческих пальцев.
Человеческие пальцы используют большое количество механических рецепторов для одновременного восприятия давления, силы, вибрации и текстуры. Воспроизведение такого многоуровневого тактильного ощущения в роботизированных системах довольно сложная задача.
«Большинство действующих тактильных датчиков или слишком громоздкие, или слишком хрупкие, или слишком сложные в изготовлении, или не способны точно различать нормальные и тангенциальные силы. Это было серьезным препятствием на пути к достижению действительно ловкой роботизированной манипуляции», — отмечает профессор из центра изучения графена в Кембридже Тауфик Хасан.
Исследователи разработали мягкий и гибкий композитный материал, сочетающий в себе листы графена, деформированные металлические микрокапли и частицы никеля, введенные в силиконовую матрицу. Ученые придали материалу форму крошечных пирамидок, некоторые из них достигают 200 мкм в поперечнике. Эти структуры концентрируют напряжение на собственных вершинах и позволяют датчику обнаруживать чрезвычайно малые силы.
Такой тактильный датчик достаточно чувствителен для обнаружения песчинки. По сравнению с имеющимися тактильными датчиками, новое устройство превосходит их как по размерам, так и по пределам обнаружения. Он способен различать силы сдвига от нормального давления и определять момент начала скольжения объекта. Измеряя сигналы с четырех электродов под каждой пирамидкой, датчик математически восстанавливает полный трехмерный вектор силы в режиме реального времени.
По результатам испытаний исследователи интегрировали датчики в роботизированные захваты, позволив роботам захватывать хрупкие объекты, например, тонкие бумажные трубки, и не раздавливать их. В отличие от традиционных датчиков силы, которые полагаются на предварительную информацию о свойствах объекта, новая система адаптируется в режиме реального времени в результате обнаружения проскальзывания объекта.
В меньших масштабах микросенсоры могут выявлять массу, геометрию и плотность материала крошечных металлических сфер в результате анализа величины и направления силы. Это позволяет использовать их в малоинвазивной хирургии и микроробототехнике. Технология также может быть полезной в протезировании. Усовершенствованные искусственные конечности все чаще полагаются на тактильную обратную связь для обеспечения ощущения прикосновения.
«Наш подход показывает, что для достижения высокоточного трехмерного трехмерного тактильного восприятия не нужны громоздкие механические конструкции или сложная оптика. Сочетая интеллектуальные материалы со структурами, созданными по образцу кожи, мы достигаем характеристик, которые удивительно близки к тактильным ощущениям человека», — отмечает ведущий автор исследования, профессор Китайского университета науки и технологий Голинь Юнь.
В дальнейшем исследователи надеются еще больше уменьшить собственные датчики до размера менее 50 мкм, приблизив их к плотности механических рецепторов в человеческой коже. В будущих версиях также могут быть интегрированы датчики температуры и влажности.
Ранее мы писали, что группа южнокорейских исследователей из Ульсанского научно-технологического института (UNIST) представила искусственные мышцы, способные превращаться из мягких и гибких в жесткие и прочные. Ученые также разработали тактильное взаимодействие с приборами через мягкие материалы.
Результаты исследования опубликованы в Nature
Источник: TechXplore
Контент сайту призначений для осіб віком від 21 року. Переглядаючи матеріали, ви підтверджуєте свою відповідність віковим обмеженням.
Cуб'єкт у сфері онлайн-медіа; ідентифікатор медіа - R40-06029.