حس لامسه برای انگشتان نرم رباتیک

در سال های اخیر تیم های رباتیک زیادی در جهان در تلاش هستند تا سیستم های رباتیکی را توسعه دهند که بتواند حس لامسه انسان را به طور مصنوعی تقلید کند. علاوه بر این، آنها سعی کرده اند اندام های بیونیک و ربات های انسان نما را واقع بینانه و پیشرفته ایجاد کنند و از مواد نرم به جای ساختارهای سخت استفاده کنند.

با وجود مزایای مربوط به بافت، دستهای رباتیک ساخته شده از مواد نرم اغلب قادر به جمع آوری طیف وسیعی از اطلاعات حسی نیستند. در حقیقت، تکرار مکانیسم های بیولوژیکی پیچیده ای که به انسان اجازه می دهد اطلاعات لمسی در مورد اجسام را جمع آوری کند، تاکنون بسیار چالش برانگیز بوده است.

به تازگی محققان در پکن یک تکنیک جدید حس لامسه ایجاد کرده اند که می تواند روی انگشتان رباتیک ساخته شده از مواد نرم اعمال شود. این مکانیسم با الهام از بیولوژیکی است که به پستانداران اجازه می دهد از موقعیت و حرکات بدن خود درک داشته باشند.

هنگامی که چشم بند می زنید و گوش های خود را می پوشانید، می توانید حالت دست خود، موقعیت بازو یا وزن کیسه ای که در دست دارید را احساس کنید. این توانایی به عنوان  حس عمقی شناخته می شود. محققان روی یک دست مصنوعی کار می کنند  و به دنبال راه هایی برای رفع کمبود بازخورد حسی در دست های مصنوعی موجود هستند.

در گذشته، محققان رباتیک به طور معمول حس عمقی را با حس لامسه مرتبط نمی کردند. در واقع، مکانیسم حس عمقی انسان اجازه پاسخ های دقیق را نمی دهد، احتمالاً به همین دلیل است که انسان از آن برای تشخیص بافت اشیا  یا سطوح استفاده نمی کند.

 از آنجا که حسگرهای صنعتی بسیار حساس تر از گیرنده های انسانی هستند، استفاده از آنها روی انگشتان رباتیک می تواند به محققان در جمع آوری بازخورد حسی لمسی دقیق تر کمک کند. سیستم نمونه ایجاد شده توسط این تیم تحقیق از یک  محرک خطی، یک تاندون، سنسور فشار و انگشت رباتیک نرم  تشکیل شده است.

تاندون (یا کابل) انگشت را به محرک متصل می کند و سنسور فشار در وسط تاندون نصب می شود. هنگامی که محرک حرکت می کند، تاندون را می کشد، که باعث خم شدن یا صاف شدن انگشت می شود و فشار بر روی تاندون بر این اساس تغییر می کند. هنگامی که انگشت به اجسام مختلف دست می زند، سنسور مجموعه ای از سیگنال های کرنش را که مشخصه اجسام لمس شده است، خروجی می دهد.

 در اصل تکنیکی که محققان ابداع کرده اند ویژگی هایی را از خواندن سنسور استخراج می کند. متعاقباً، از ابزارهای یادگیری ماشینی برای رمز گشایی بافت و سفتی سطح یا شیئی که انگشت رباتیک در حال لمس آن است استفاده می کند.

این تیم تحقیقاتی با استفاده از یک سری آزمایش دریافتند که تکنیک آنها می تواند بافت و سفتی را با دقت بالا (99.7 درصد) رمزگشایی کند.

بیش تر تحقیقات قبلی در مورد نصب حسگر در نوک انگشت بوده است که اغلب در عمل نمی تواند برخورد سنسور  با اشیاء را تضمین کند. مزیت اصلی این نوع انگشت جدید این است که واحد سنجش روی تاندون قرار دارد، بنابراین از هر کجا انگشت با شیء تماس بگیرد منجر به خروجی سیگنال می شود.

روش جدید حس لامسه که توسط این تیم تحقیقاتی معرفی شده است بر اساس تعبیه حسگرها برروی یک تاندون رباتیک است، رویکردی که قبلاً هرگز آزمایش نشده بود و به نظر می رسید که بسیار امیدوارکننده است. در آینده، سیستم توسعه یافته آنها می تواند برای توسعه روبات های پیشرفته تر و دست های مصنوعی استفاده شود که می توانند بازخورد لمسی و حس عمقی را بدون نیاز به تماس کامل با سطح جمع آوری کنند.

در حال حاضر این تیم قابلیت لغزش را در سیستم روبات بررسی می کنند. علاوه بر توسعه بیش تر سیستم، محققان با آزمایشگاه مشهور فناوری نانو در زمینه توسعه یک حسگر لمسی ارزان قیمت که می تواند سیگنال های نیرو را حس کرده و در نوک انگشتان رباتیک قرار گیرد، همکاری می کنند. آنها قبلاً چند نمونه اولیه از این دستگاه ایجاد کرده اند و اکنون عملکرد آن را ارزیابی می کنند.