Jako lidské oko: Nová elektronická kůže umožní robotům vnímat blízkost lidí i jemný dotek

Vědci vyvinuli adaptivní senzor inspirovaný fungováním zornice, který zdvojnásobuje dosah vnímání robotů. Tato technologie umožňuje strojům včas rozpoznat blížícího se člověka a zároveň citlivě manipulovat s křehkými předměty.

Roboti, kteří pracují v bezprostřední blízkosti lidí, čelí dlouhodobému technickému problému. Aby byla jejich spolupráce bezpečná a efektivní, potřebují dvě zdánlivě protichůdné schopnosti: vnímat blížící se osoby na dálku, aby předešli kolizím, a zároveň disponovat extrémně jemným hmatem pro manipulaci s křehkými předměty. Inženýři se dlouho snažili tyto dvě funkce spojit do jediného senzoru, ale naráželi na fyzikální limity. Malé elektrody sice poskytují vysoké rozlišení pro hmat, ale vidí jen na velmi krátkou vzdálenost. Velké elektrody sice dosáhnou dál, ale postrádají preciznost potřebnou pro jemnou manipulaci.

Inspirace lidským okem Výzkumníci z Jihončínské technologické univerzity nyní představili řešení v podobě nového flexibilního kapacitního senzoru, který dokáže dynamicky měnit způsob, jakým vnímá své okolí. Celý systém je založen na logice lidského oka, konkrétně na tom, jak se zornice přizpůsobuje světelným podmínkám. Když se soustředíme na čtení knihy, naše zornice se stáhnou, aby zaostřily na detaily. Naopak v šeru nebo při pohledu na vzdálenou cestu se rozšíří, aby zachytily co nejvíce světla.

Tento princip vědci aplikovali na elektrická pole. Do designu senzoru vložili dynamickou stínicí vrstvu umístěnou nad polem elektrod. Úpravou elektrického zapojení a maskování elektrod může systém přepínat mezi detekcí objektů na dálku a detailním hmatovým vnímáním, aniž by se musela měnit fyzická velikost samotných elektrod.

Přesnost i dosah v jednom Když stínicí vrstva zúží oblast snímání, systém se zaměří na jednotlivé senzorové jednotky. To robotovi umožňuje rozpoznat jemné hmatové detaily, což je klíčové při uchopování křehkých součástek nebo identifikaci hran malých předmětů. V momentě, kdy se stínění rozšíří, elektrody začnou vysílat elektrické pole mnohem dál do okolního prostoru. Robot tak dokáže zaznamenat blížící se objekt ještě předtím, než dojde k fyzickému kontaktu.

Podle výzkumného týmu tato architektura více než zdvojnásobila maximální hloubku detekce ve srovnání s tradičními senzory. Konkrétně vykázali nárůst dosahu o 104,56 procenta. V testech senzor úspěšně detekoval blížící se objekty na vzdálenost přesahující 90 milimetrů. I když se to může zdát jako malý údaj, v rušném průmyslovém prostředí je to dostatečná vzdálenost na to, aby robotické rameno stihlo zastavit dříve, než narazí do člověka.

Jakmile dojde ke kontaktu, senzor prokáže svou všestrannost. Dokáže zaregistrovat sílu odpovídající pouhým několika gramům, ale zároveň je dostatečně odolný, aby vydržel tlak až 400 kPa. Tato kombinace vlastností by mohla výrazně zvýšit bezpečnost a univerzálnost robotických systémů v továrnách nebo jiných sdílených prostorech, kde stroje přímo interagují s lidmi.