Betaalbare, duurzame, ultragevoelige robothuid voor verbeterde menselijke detectie

Andrew Corselli

Wetenschappers hebben een goedkope, duurzame en zeer gevoelige robothuid ontwikkeld die als een handschoen aan robothanden kan worden toegevoegd, waardoor robots informatie over hun omgeving kunnen detecteren op een manier die vergelijkbaar is met die van mensen.

De onderzoekers van de Universiteit van Cambridge en University College London (UCL) ontwikkelden de flexibele, geleidende huid, die gemakkelijk te vervaardigen is en kan worden omgesmolten en tot een breed scala aan complexe vormen kan worden gevormd. De technologie detecteert en verwerkt een reeks fysieke inputs, waardoor robots op een betekenisvollere manier met de fysieke wereld kunnen communiceren.

In tegenstelling tot andere oplossingen voor robotische aanraking, die doorgaans werken via sensoren die in kleine gebieden zijn ingebed en verschillende sensoren nodig hebben om verschillende soorten aanrakingen te detecteren, is de hele elektronische huid, ontwikkeld door de onderzoekers van Cambridge en UCL, een sensor, waardoor deze dichter bij ons eigen sensorsysteem komt:onze huid.

Hoewel de robothuid niet zo gevoelig is als de menselijke huid, kan hij signalen detecteren van meer dan 860.000 kleine paden in het materiaal, waardoor hij verschillende soorten aanrakingen en druk kan herkennen (zoals het tikken met een vinger, een warm of koud oppervlak, schade veroorzaakt door snijden of steken, of meerdere punten die tegelijk worden aangeraakt) in één materiaal.

De onderzoekers gebruikten een combinatie van fysieke tests en machine learning-technieken om de robothuid te helpen ‘leren’ welke van deze routes het belangrijkst zijn, zodat deze verschillende soorten contact efficiënter kan waarnemen.

Hier is een exclusieve Tech Briefs interview, bewerkt voor lengte en duidelijkheid, met co-auteur Thomas George Thuruthel, Ph.D., van de UCL.

Technische slips :Wat was de grootste technische uitdaging waarmee u te maken kreeg bij het smelten en vormen van de huid?

Thuruthel :Er waren een paar kleine uitdagingen. Ik denk dat een daarvan was dat dit materiaal niet zo gemakkelijk te vloeien is. Je kunt geen erg complexe vormen maken. Je zou dingen als gaten kunnen krijgen. Maar ik denk eerlijk gezegd dat de grootste uitdaging het verbinden van dit materiaal met ons elektronicaboek was. Het materiaal zelf is dus zacht en soepel, maar de draden moeten op een gegeven moment stijf zijn. Dit raakvlak tussen het zachte materiaal en deze stijve draad is altijd een grote uitdaging.

Technische slips :Hoe verloopt het proces van het smelten en vormen van de vormen?

Thuruthel :We hebben een waterbad. Dit materiaal smelt rond de 50 ° tot 60 °C en stolt vervolgens bij een temperatuur van ongeveer 30 ° tot 40 °C. Dus we verwarmen het tot een vloeistof, we hebben een mal met kleine openingen waaruit je het materiaal kunt gieten. Er komen kleine openingen zodat die er ook uit kunnen. Je giet het materiaal erin, je dicht alle gaten af ​​en zet het vervolgens een paar uur buiten zodat het hard wordt. Vervolgens open je de mal. Uiteraard is de mal eenvoudig los te maken zodat je de vorm er later weer uit kunt halen.

Technische slips :In het artikel dat ik heb gelezen staat:"Hoewel de robothuid niet zo gevoelig is als de menselijke huid, kan hij signalen detecteren van meer dan 860.000 kleine paden in het materiaal." Mijn vraag is:hoeveel signalen kan de huidige commerciële e-skin detecteren en hoe verhouden die cijfers zich tot menselijke aanraking?

Thuruthel :Hoewel we 860.000 kanalen zeiden, betekent dit niet noodzakelijkerwijs dat dit het aantal onafhankelijke informatie-eenheden is dat u krijgt. Er is veel informatie, maar er is ook veel informatie die overbodig is. We hebben niet gekwantificeerd hoeveel de onafhankelijke hoeveelheidsinformatie is die u krijgt. Maar ik zou zeggen, voor onze opstelling zou ik zeggen dat het ongeveer 2.000 tot 3.000 eenheden zou zijn, het aantal waar u naar kijkt. Voor de menselijke hand zou dat aantal ongeveer 15.000 eenheden zijn. Veel van de commerciële zijn erg discreet; wat je meestal ziet, ligt in de orde van honderden of tientallen – ik denk dat zelfs honderden zeer zeldzaam zijn.

Er is echter een technologie genaamd vision-based tactiele sensoren, waarbij gebruik wordt gemaakt van camera's die in uw handen zijn ingebed. In theorie zouden ze een hogere resolutie hebben, maar nogmaals, dit kan niet worden gekwantificeerd. Je kunt geen getal krijgen over hoeveel eenheden je hebt.

Technische slips :Heeft u vaste plannen voor verder onderzoekswerk? En zo niet, wat zijn uw volgende stappen?

Thuruthel :We hebben onlangs een Britse subsidie ontvangen; we proberen deze technologie te ontwikkelen voor meer commerciële toepassingen. We hebben niet echt getest hoe de huid het zou doen als we herhaaldelijk contact zouden hebben, bijvoorbeeld voor duizenden of 10.000 interacties. Ik denk dat we verwachten dat dit een probleem kan zijn, vooral op dit grensvlak tussen het zachte materiaal en het netwerk.

We kijken dus naar betere manieren om te interfacing en kijken ook naar verschillende materialen. Wat we gebruiken is hydrogel, een degelijk materiaal, maar niet erg robuust of duurzaam. Als alternatief kijken we naar meer synthetische materialen, natuurlijke materialen zoals rubber.

En dan kijken we naar taken op een hoger niveau. Op dit moment schatten we alleen perceptie-informatie in, zoals waar de contactlocatie zich bijvoorbeeld bevindt. We willen de cirkel sluiten. Hoe kunnen we deze informatie op een robothand of -systeem gebruiken, zodat deze taken in de echte wereld kan uitvoeren die behoorlijk nuttig zijn?

Dat zijn onze volgende stappen.

Transcriptie

00:00:02 Robots kunnen nu net als wij voelen wat ze aanraken. Nou ja, bijna. Onderzoekers van de Universiteit van Cambridge hebben een kunstmatige huid gemaakt vol ultragevoelige sensoren. Deze sensoren detecteren niet alleen druk, ze lezen textuur, temperatuur en zelfs pijnachtige signalen. De huid die de onderzoekers in de vorm van een hand gieten, is gemaakt van een

00:00:29 elektrolytische hydrogel met elektroden ingebed rond de pols. Elektrische velden die over de huid worden gegenereerd, detecteren verschillende soorten stimulatie. De sensoren monitoren duizenden stukjes informatie die niet alleen detecteren waar de stimulatie plaatsvindt, maar ook het type stimulatie. De informatie wordt vervolgens overgebracht naar de elektroden. De kunsthuid kan meerdere

00:00:56 sensaties tegelijkertijd, zoals aanraking, vocht, temperatuur en pijn, en kan als een handschoen over mechanische robothanden passen. Deze goedkope huid zou een revolutie teweeg kunnen brengen op het gebied van protheses, robotchirurgie, de auto-industrie, revalidatie en zelfs ruimteverkenning. Wat is dat gevoel? De toekomst is net iets menselijker geworden.