Суть этого исследования заключается в создании нового типа электронной кожи, которая дает возможность роботам распознавать опасные физические контакты. Ученые стремятся решить давнюю задачу в робототехнике — разработать тактильные системы, которые способны не только фиксировать давление, но и адаптивно реагировать на изменения в окружающей среде.
Основой этой сенсорной системы служит сеть гибких датчиков давления, интегрированных в электронную кожу. При прикосновении, сжатии или ударе датчики преобразуют механическую силу в электрические сигналы. На предыдущих этапах разработки эти сигналы передавались напрямую в центральный процессор робота. В новой системе, если воздействие превышает определенный порог, сигналы направляются непосредственно на двигатели.
Уникальность подхода заключается в обработке этих сигналов. Вместо того чтобы воспринимать прикосновение как простой сигнал давления, система использует нейроморфное кодирование, основанное на биологических нервных механизмах, для преобразования силы в быстрые электрические импульсы. Частота и характер этих импульсов варьируются в зависимости от силы и места контакта.
Когда воздействие находится в пределах нормы, сигналы отражают обычное взаимодействие. Но как только давление превышает установленный предел, форма сигнала меняется, вызывая защитные реакции робота.
Исследователи подчеркивают, что данная система предназначена исключительно для определения механического воздействия, не связанного с эмоциональной болью или высоким уровнем сенсорного восприятия, и лишь сигнализирует о потенциальной угрозе, позволяя роботам адекватно реагировать.
«Наша нейроморфная роботизированная электронная кожа имеет иерархическую структуру, вдохновленную нейронными сетями, что обеспечивает высокую степень сенсорного восприятия, активное обнаружение боли и травм, а также модульный ремонт с быстрым разъединением», — отмечают исследователи. — «Эта конструкция значительно улучшает сенсорные характеристики роботов, безопасность и интуитивное взаимодействие с ними, что чрезвычайно важно для эмпатичных сервисных роботов».
Для оценки эффективности системы команда подвергла электронную кожу различным физическим воздействиям, от легких прикосновений до интенсивных нагрузок, имитирующих потенциально опасные ситуации. Эти тесты позволили проверить, насколько точно система может в реальном времени определять переход от безопасного контакта к опасному.
В ходе экспериментов сеть датчиков стабильно генерировала четкие сигнальные паттерны и активировала защитные реакции в зависимости от приложенной силы. Система реагировала за считанные миллисекунды, что достаточно быстро для обеспечения реакций в реальном времени, таких как отстранение от опасного контакта или снижение силы во время взаимодействия. Также система продемонстрировала стабильную производительность в течение повторяющихся циклов тестов, что подтверждает её долговечность при длительном использовании.
Эти усовершенствования имеют важное значение для безопасности взаимодействия между человеком и роботом. С увеличением присутствия роботов в повседневной жизни способность распознавать опасные контакты становится критически важной, поскольку близкие взаимодействия повышают вероятность случайных столкновений и чрезмерного применения силы.
Большинство существующих систем безопасности роботов не предназначены для такого рода взаимодействия. Они часто полагаются на внешние датчики, заранее заданные ограничения движения или механизмы аварийного отключения. Хотя эти методы эффективны, они могут быть медлительны или недостаточно гибки. Интеграция сенсорной функции непосредственно в кожу робота позволяет машинам мгновенно реагировать на физические угрозы.
Эта технология также может повысить эффективность при выполнении совместных задач, требующих физического контакта, таких как манипуляции с объектами, работа вспомогательных устройств и сервисная робототехника. Роботы смогут динамически регулировать силу захвата и прикосновения в процессе взаимодействия, что позволит им более естественно взаимодействовать с хрупкими объектами и в непредсказуемых условиях.
Помимо повышения безопасности и продуктивности, эта технология изменяет восприятие людьми взаимодействия с машинами. Роботы, реагирующие на физическое воздействие, могут казаться более отзывчивыми и естественными, даже без наличия эмоционального компонента.
Такая обратная связь может сделать взаимодействие человека и робота более интуитивным. Как люди инстинктивно изменяют силу своего прикосновения, когда другой человек отстраняется, так и видимая реакция машин может помочь направлять поведение и снижать риск непреднамеренного ущерба.
Тем не менее, данная технология ставит перед обществом более глубокие вопросы о том, насколько реалистичными должны быть роботы. Хотя сенсорные возможности повышают безопасность и продуктивность, заимствуя стратегии из биологии, они также создают этические и конструктивные проблемы: должны ли машины имитировать реакции живых существ?
Некоторые исследователи утверждают, что роботам не нужны сигналы, аналогичные боли. В то же время другие считают, что заимствование биологических стратегий может быть наиболее эффективным путем к созданию адаптируемых и устойчивых машин. Сложность заключается в нахождении баланса между функциональными преимуществами и риском поощрения ненужного антропоморфизма и его социальных последствий. Что произойдет, если такая сенсорная система в гуманоидном роботе будет интегрирована с программой эмоциональной реакции, управляемой искусственным интеллектом?
Хотя эта технология поднимает важные философские вопросы о реалистичности роботов, последствия этого процесса все еще неясны. На текущий момент система находится на начальном этапе исследований и не готова к коммерческому применению. В настоящее время электронная кожа охватывает лишь ограниченные участки поверхности. Расширение покрытия на все тело гуманоида потребует значительных изменений в производстве и улучшений в области энергоэффективности и обработки данных.
В будущем работа будет сосредоточена на увеличении покрытия датчиками и повышении прочности, что необходимо для выхода технологии за пределы лабораторных условий. Каждый из этих шагов поможет определить, сможет ли новая робототехническая кожа перейти от контролируемых демонстраций к реальному применению.
Оригинал: New Atlas
