Коллектив Авторов - Цифровой журнал «Компьютерра» № 186

Умение аккуратно обращаться с разными объектами требует быстрого определения характера их поверхности и допустимого давления на них. Одного дело — расчищать завал от строительного мусора, и совсем другое — вытаскивать из-под него раненых людей, часть из которых находится без сознания. Для первой задачи годится и бульдозер, но вторая подразумевает максимальную осторожность. Одними камерами здесь не обойтись: роботу (или оператору) надо постоянно чувствовать, чт о он держит в руках, и точно дозировать усилия.

Зачем ещё может потребоваться научить робота чувствовать? В своё время ответ на этот вопрос изобразил художник Франц Штайнер (Franz Steiner). Вспомним здесь только одну из его известных картин.

С проблемой отсутствия тактильной обратной связи не раз сталкивалисьи специалисты НАСА во время управления марсоходами. По картинке было трудно определить характер поверхности планеты на предстоящем участке пути. Марсоходы передвигали по сантиметрам, но всё равно завязали в податливом грунте, а у «Спирита» после очередной аварии оказалось заблокированным колесо.

В общем случае передача тактильных ощущений требует технологии изготовления большого массива датчиков с высочайшей чувствительностью, разрешающей способностью и малым временем возврата к исходному состоянию.

После многолетних экспериментов исследователи из Технологического института Джорджии смогли разработать сенсорное устройство, которое преобразует энергию слабого механического давления напрямую в световые сигналы. Последние легко передать в любой прозрачной среде, зафиксировать на значительном удалении и обработать по уже существующим в оптоэлектронике принципам.

Для первых прототипов достигнуто эффективное разрешение в 2,7 микрона. В привычной пользователям графических планшетов терминологии это эквивалент 6 350 точек на дюйм. Сенсор пригоден для считывания папиллярного узора на подушечках пальцев и других микрорельефных структур.

Помимо анализа отпечатков пальцев, обработки рукописных подписей и прочих биометрических приложений, этот метод может быть использован в разработке новых микроэлектромеханических (MEMS) схем самого разного назначения. Наиболее актуально стоит задача имитации осязания для кожи роботов. Полученная для прототипа чувствительность уже сравнима с таковой у человека.

Ранее в рабочих прототипах искусственной кожи была достигнута независимая обработка сигналов от микродатчиков, размещённых на расстоянии примерно двух–трёх миллиметров. Компания Syntouch уже изготавливает такие чувствительные пальцы серии BioTac для манипуляторов роботов. Они реагируют на температуру поверхности и различают свыше ста различных текстур. Из-за относительно низкой плотности расположения чувствительных элементов «ощупывание» порой занимает значительное время. Чтобы приблизиться к средним показателям кожи человека, требовалось повысить разрешение до 50 мкм — то есть в шестьдесят раз.

http://www.youtube.com/watch?v=W_O-u9PNUMU

До сих пор основные усилия исследователей были сосредоточены на различных вариантах изменения ёмкости и сопротивления малых участков цепи, в качестве которых выступали нанопровода, органические транзисторы или многослойные конструкции с пьезоэлектрическим эффектом.

«Компьютерра» уже писалав прошлом году о достижениях исследовательской группы Национального университета Южной Кореи. Созданная ими искусственная кожа со множеством полимерных волосков тоже считалась более чувствительной, чем человеческая. Однако речь шла только о регистрации самого факта прикосновения, без распознавания его детальных характеристик. Сканирование папиллярных линий и других микрорельефов с её помощью было бы невозможно.

Гораздо дальше продвинулисьучёные из Стэнфордского университета. В группе под руководством Чженань Бао был создан эластичный материал, одновременно выполняющий роль гибкой солнечной панели и датчика прикосновений. Тактильная чувствительность добавлялась за счёт микротранзисторов, регистрирующих изменения силы тока.