Zachte tactiele sensor met huidvergelijkbare kenmerken voor robots

Het Aresearch-team ontwikkelde een zachte tactiele sensor met huidvergelijkbare kenmerken. Een robotgrijper met de sensor op de vingertop kan uitdagende taken uitvoeren, zoals het stabiel vastpakken van breekbare voorwerpen en het inrijgen van een naald.

Een belangrijk kenmerk van de menselijke huid is het vermogen om schuifkracht te voelen - de kracht die ervoor zorgt dat twee objecten over elkaar glijden of glijden wanneer ze met elkaar in contact komen. Door de grootte, richting en de subtiele verandering van schuifkracht te voelen, kan de menselijke huid fungeren als feedback en ons in staat stellen aan te passen hoe we een object stabiel met onze handen en vingers moeten vasthouden of hoe stevig we het moeten vastpakken.

Om dit kenmerk van de menselijke huid na te bootsen, is de zachte tactiele sensor geïntegreerd in een meerlagige structuur zoals de menselijke huid en bevat een flexibele en speciaal gemagnetiseerde film van ongeveer 0,5 mm dun als de bovenste laag. Wanneer er een externe kracht op wordt uitgeoefend, kan het de verandering van het magnetische veld als gevolg van de vervorming van de film detecteren. Wat nog belangrijker is, het kan de externe kracht automatisch ontkoppelen of ontbinden in twee componenten:normaalkracht (de kracht die loodrecht op het object wordt uitgeoefend) en afschuifkracht, waardoor respectievelijk de nauwkeurige meting van deze twee krachten wordt verkregen.

Bovendien heeft de sensor nog een andere menselijke huideigenschap:de tactiele "superresolutie" waarmee hij de positie van de stimuli zo nauwkeurig mogelijk kan bepalen. Een efficiënt tactiele superresolutie-algoritme maakt gebruik van deep learning om een ​​60-voudige verbetering van de lokalisatienauwkeurigheid voor contactpositie te bereiken. Zo'n tactiele superresolutie-algoritme kan helpen de fysieke resolutie van een tactiele sensorarray te verbeteren met het minste aantal detectie-eenheden, waardoor het aantal bedradingen en de tijd die nodig is voor signaaloverdracht wordt verminderd.

Door de sensor op de vingertop van een robotgrijper te monteren, toonde het team aan dat robots uitdagende taken kunnen uitvoeren. De robotgrijper greep fragiele voorwerpen zoals een ei stabiel vast terwijl een externe kracht het probeerde weg te slepen, en dreef een naald in via teleoperatie. De sensor kan eenvoudig worden uitgebreid tot sensorarrays of zelfs een doorlopende elektronische huid die het hele lichaam van de robot bedekt.

De gevoeligheid en het meetbereik van de sensor kunnen worden aangepast door de magnetisatierichting van de bovenste laag (magnetische film) van de sensor te veranderen zonder de dikte van de sensor te veranderen. Hierdoor kan de e-skin een verschillende gevoeligheid en meetbereik hebben in verschillende delen, net als de menselijke huid. Ook heeft de sensor een veel korter fabricage- en kalibratieproces in vergelijking met andere tactiele sensoren.

De sensor kan nuttig zijn voor toepassingen op het gebied van robotica, zoals adaptief grijpen, behendige manipulatie, textuurherkenning, slimme protheses en mens-robot-interactie.