От складов до больниц, мягкие роботы используются в разных местах, чтобы помочь людям перемещать предметы, лечить пациентов и собирать информацию. По мере того, как интерес к этим роботам продолжает расти, ученые разрабатывают способы придать им тот тип сенсорных способностей, которые обнаруживаются в естественных мягких тканях.
Тем не менее, эта попытка приносит много проблем. Большинству типов тактильной кожи требуется провод для каждого места, где люди хотят обнаружить прикосновение. Провода могут в конечном итоге выглядеть как гнездо большой птицы, когда дело доходит до ощущения больших площадей.
Что еще хуже, этот сложный электрический интерфейс может сломать систему. «В жестких чехлах, таких как смартфоны и другие устройства, провода могут быть хорошими, но если вы говорите о ткани, коже или о чем-то мягком, то внезапно все эти провода становятся источниками неисправности», – говорит сотрудник Carmel Majidi, профессор машиностроения в университете Карнеги-Меллона.
Итак, как мы можем избежать этой проблемы? Маджиди и Тесс Хеллебрекерс из его лаборатории Soft Machines разработали элегантное решение: магнитно-мягкая кожа с одним чувствительным элементом. Их результаты были опубликованы в Advanced Intelligent Systems .
Эта мягкая кожа похожа на эластичный магнит, который можно надеть на роботов, натуральную кожу или другие материалы, чтобы дать им ощущение осязания. Он состоит из силиконовой резины, наполненной миллионами микрочастиц. Каждая частица имеет северный полюс и южный полюс, который создает магнитное поле. Когда материал вступает в контакт с другим объектом, резина обнаруживает движение, и все эти микрочастицы начинают двигаться вокруг, тем самым изменяя магнитное поле внутри резины.
Эти изменения в магнитном поле будут затем обнаруживаться магнитометром, электронным чипом, встроенным в магнитную оболочку. Измеряя эти изменения, магнитометр может определить местоположение и интенсивность контакта. Другими словами, он может оценить, где находится касание и насколько сильно оно касается поверхности материала.
«Я думаю, что сила и контакт – это два ключевых интереса для большинства ощущений кожи, потому что наша кожа тоже может это делать», – сказал Хеллебрекерс, который является докторантом в области робототехники.
Магнитная кожа может стать отличным средством для медицины. Ученые и врачи стали больше интересоваться использованием мягкой робототехники в медицине, особенно в желудочно-кишечной (GI) эндоскопии. Хотя они добились значительных успехов, все еще трудно внедрить электронику и датчики, поскольку они имеют тенденцию быть очень громоздкими и жесткими, что будет мешать подвижности эндоскопов.
И именно поэтому команда Маджиди взволнована применением их новых результатов. «Подобный материал потенциально может стать прорывом в таких областях, как роботизированная эндоскопия, где вы хотите внедрить сенсорные функции, но не хотите использовать громоздкую электронику и массу проводки», – сказал Маджиди.
Чтобы еще больше усилить магнитную оболочку, команда Маджиди изучит, как определять силу вдоль цилиндрических объектов, которые похожи на катетерные эндоскопы. Они также направлены на расширение чувствительных участков кожи. В настоящее время, магнитная кожа может локализовать контакт по непрерывной площади 1,5 см ². Исследователи ищут способы заставить магнитные микрочастицы создавать большее магнитное поле или размещать магнитометр в разных местах.
Хотя их проект все еще находится в разработке, он открывает новую дверь для восприятия мягкой робототехники. «Мне очень нравится эта система, потому что мы можем измерять магнитное поле без какого-либо электрического интерфейса», – сказал Хеллебрекерс. «Это дает нам гораздо больше свободы в разработке интерфейса, который будет намного легче интегрировать в разные системы».
