Ученые создали дешевую, прочную и чувствительную «кожу» для роботов, которую можно надеть на механическую руку как перчатку. Это позволяет машинам ощущать окружающий мир почти как люди.

Разработка принадлежит исследователям из Кембриджа и Университетского колледжа Лондона.

Их материал гибкий, проводит ток, его легко производить, а еще он плавится и принимает любую форму. Эта «кожа» улавливает и обрабатывает разные типы прикосновений, так что роботы взаимодействуют с миром осмысленнее.

В отличие от других сенсорных решений, где датчики встроены точечно и каждый отвечает за свой тип контакта, здесь вся поверхность кожи — один большой сенсор, как у человека.

Чувствительность пока не дотягивает до человеческой, но материал распознает сигналы от 860 000 микроскопических проводящих путей.

Он отличает легкое касание от нажатия, чувствует тепло и холод, замечает порезы и уколы, а также несколько одновременных прикосновений.

Чтобы кожа «научилась» понимать, какие сигналы важнее, ученые провели серию тестов и подключили машинное обучение.

Помимо гуманоидных роботов и протезов, где тактильные ощущения критичны, технология пригодится в автомобильной промышленности или спасательных операциях.

Результаты опубликованы в Science Robotics.

Обычно электронные кожи превращают давление или температуру в электрические сигналы, но для каждого типа контакта нужен отдельный датчик. Их встраивают в мягкие материалы, но сигналы мешают друг другу, а сам материал быстро выходит из строя.

Разные сенсоры усложняют производство, — говорит Дэвид Хардман, ведущий автор исследования. — Мы хотели, чтобы один материал чувствовал все типы прикосновений.

К тому же, решение должно быть дешевым и долговечным для массового использования, — добавляет Томас Джордж Турутель из UCL.

Ученые использовали гидрогель на основе желатина — мягкий, эластичный и проводящий ток. Его расплавили, отлили в форму человеческой руки и протестировали с разными электродами. Всего 32 электрода на запястье позволили собрать 1,7 миллиона данных по всей поверхности благодаря микроскопическим проводящим путям.

Гидрогель — желеобразный материал, который состоит из воды и полимеров. Он мягкий, тянется и проводит электричество, как живая ткань. В этой разработке гидрогель служит основой для сенсоров, имитируя человеческую кожу.

Кожу проверяли на разные воздействия: нагревали, давили пальцами и роборукой, касались и даже резали скальпелем. Данные использовали для обучения модели, чтобы рука понимала, что означает каждое прикосновение.

Материал собирает тысячи измерений за секунду, — объясняет Хардман. — Он чувствует многое одновременно на большой площади.

Пока наша кожа не так хороша, как человеческая, но лучше существующих аналогов, — говорит Турутель. — Метод гибкий, простой в производстве, и мы калибруем его под задачи с помощью человеческого касания»

В будущем ученые планируют повысить износостойкость кожи и испытать ее в реальных задачах.

Это исследование — шаг к роботам, которые не ломают хрупкие предметы, аккуратно берут стакан или чувствуют, когда человеку больно. В протезах такая кожа вернет тактильные ощущения: например, позволит отличать гладкую поверхность от шершавой. В автоиндустрии роботы с чувствительными «пальцами» смогут точнее собирать детали. В спасательных операциях — находить людей под завалами, не травмируя их.

Но главное здесь — дешевизна и простота производства. Если технологию масштабируют, она выйдет за пределы лабораторий.

Однако исследование не учитывает долгосрочную стабильность гидрогеля: как он поведет себя при постоянной нагрузке или перепадах температур? В реальных условиях (дождь, пыль, удары) материал может деградировать быстрее, чем в лаборатории. Кроме того, 860 000 проводящих путей — это много данных, но как система будет обрабатывать их в реальном времени без задержек? Пока что ответов нет.

Ранее ученые разработали искусственный мускул для роботов.