ایجاد حس لامسه در ربات ها به کمک پوست مصنوعی
ما تمایل داریم حس لامسه خود را در محیط‌های روزمره آشکار بدانیم، اما برای توانایی ما در تعامل با محیط اطرافمان، حیاتی است. تصور کنید که دستتان را داخل یخچال می‌گذارید تا برای صبحانه یک تخم مرغ بردارید. همانطور که انگشتان شما پوسته آن را لمس می‌کنند، می‌توانید بفهمید که تخم مرغ سرد است، پوسته آن صاف است و چقدر باید آن را محکم بگیرید تا از له شدن آن جلوگیری کنید. این‌ها توانایی‌هایی هستند که ربات ها، حتی آن‌هایی که مستقیماً توسط انسان کنترل می‌شوند، می‌توانند با آن‌ها مبارزه کنند.
یک پوست مصنوعی جدید ساخته شده در Caltech اکنون می‌تواند به ربات‌ها این توانایی را بدهد که دما، فشار و حتی مواد شیمیایی سمی را از طریق یک لمس ساده حس کنند. این فناوری جدید پوست بخشی از یک پلتفرم رباتیک است که پوست مصنوعی را با بازوی رباتیک و حسگر‌هایی که به پوست انسان متصل می‌شوند، ادغام می‌کند.
یک سیستم یادگیری ماشینی که این دو را به هم متصل می‌کند به کاربر انسانی اجازه می‌دهد تا ربات را با حرکات خود کنترل کند و در عین حال بازخورد را از طریق پوست خود دریافت کند. پلتفرم حسگر رباتیک چند وجهی، با نام M-Bot، در آزمایشگاه وی گائو توسعه داده شد. هدف این است که انسان کنترل دقیق تری به ربات‌ها بدهد و در عین حال از انسان‌ها در برابر خطرات احتمالی محافظت کند.
گائو می‌گوید: «ربات‌های مدرن نقش مهمی در امنیت، کشاورزی و تولید بازی ایفا می‌کنند. آیا می‌توانیم به این روبات‌ها حس لامسه و حس دما بدهیم؟ آیا می‌توانیم مواد شیمیایی مانند مواد منفجره و عوامل عصبی یا خطرات زیستی مانند باکتری‌ها و ویروس‌های عفونی را بدهیم تا حس کنند؟
پوست
مقایسه دست انسان و دست رباتیک تفاوت‌های فاحشی را نشان می‌دهد. در حالی که انگشتان انسان نرم، لطیف و گوشتی هستند، انگشتان روباتیک معمولاً سخت، فلزی، پلاستیکی یا لاستیکی هستند. پوست قابل چاپ ساخته شده در آزمایشگاه گائو یک هیدروژل ژلاتینی است و نوک انگشتان ربات را بسیار شبیه به انگشتان ما می‌کند.
درون آن هیدروژل حسگر‌هایی تعبیه شده است که به پوست مصنوعی توانایی تشخیص دنیای اطراف خود را می‌دهد. این حسگر‌ها به معنای واقعی کلمه بر روی پوست چاپ می‌شوند، به همان روشی که چاپگر جوهرافشان متن را روی یک ورق کاغذ اعمال می‌کند.
گائو می‌گوید: «چاپ جوهرافشان دارای این کارتریج است که قطرات را بیرون می‌کشد، و این قطرات محلول جوهر هستند، اما می‌توانند راه حلی باشند که ما به جای جوهر معمولی توسعه دهیم.» ما انواع جوهر‌های نانومواد را برای خودمان توسعه داده ایم.
پس از چاپ داربستی از سیم‌های نانوذرات نقره، محققان می‌توانند لایه‌هایی از حسگر‌هایی در مقیاس میکرومتر را چاپ کنند که می‌توانند برای تشخیص موارد مختلف طراحی شوند. این واقعیت که درسنسور‌ها چاپ شده اند، طراحی و آزمایش انواع جدید حسگر‌ها را برای آزمایشگاه سریعتر و آسانتر می‌کند.
گائو می‌گوید: وقتی می‌خواهیم یک ترکیب معین را شناسایی کنیم، مطمئن می‌شویم که حسگر واکنش الکتروشیمیایی بالایی به آن ترکیب دارد.
“گرافن آغشته به پلاتین، مواد منفجره TNT را خیلی سریع و انتخابی تشخیص می‌دهد. برای ویروس، نانولوله‌های کربنی را چاپ می‌کنیم که سطح بسیار بالایی دارند و آنتی‌بادی‌های ویروس را به آن‌ها وصل می‌کنیم. همه این‌ها تولید انبوه و مقیاس پذیر است. “
یک سیستم تعاملی
تیم گائو این پوست را به یک سیستم تعاملی متصل کرده است که به کاربر اجازه می‌دهد تا ربات را از طریق حرکات ماهیچه‌ای خود کنترل کند و در عین حال بازخورد پوست خود کاربر را از پوست ربات دریافت کند.
این بخش از سیستم از قطعات چاپی اضافی استفاده می‌کند. در این مورد، الکترود‌ها به ساعد اپراتور انسان بسته می‌شوند و مشابه الکترود‌هایی هستند که برای اندازه گیری امواج مغزی استفاده می‌شوند، اما در عوض برای حس سیگنال‌های الکتریکی تولید شده و توسط عضلات اپراتور هنگام حرکت دست و مچ دست قرار می‌گیرند. یک حرکت ساده مچ دست انسان به بازوی رباتیک می‌گوید که به سمت بالا یا پایین حرکت کند، و فشار دادن یا بازکردن انگشتان انسان باعث می‌شود دست رباتیک، دست به کار مشابهی بزند.
گائو می‌گوید: «ما از یادگیری ماشین برای تبدیل این سیگنال‌ها به حرکات برای کنترل روباتیک استفاده کردیم و آن را بر روی شش ژست مختلف آموزش دادیم.
این سیستم همچنین به صورت یک تحریک الکتریکی بسیار خفیف به پوست انسان بازخورد می‌دهد. با بازگرداندن مثال برداشتن تخم‌مرغ، اگر اپراتور تخم‌مرغ را خیلی محکم با دست رباتیک بگیرد و در خطر خرد شدن پوسته آن باشد، سیستم از طریق چیزی که گائو آن را “کمی گزگز” توصیف می‌کند به اپراتور هشدار می‌دهد.
پوست اپراتور
گائو امیدوار است که این سیستم، از کشاورزی گرفته تا امنیت و حفاظت از محیط زیست کاربرد داشته باشد و به اپراتور‌های ربات‌ها این امکان را می‌دهد تا میزان آفت‌کش‌هایی را که در یک مزرعه از محصولات استفاده می‌شود، احساس کنند.
- ۸ مهارتی که قابل جایگزینی با ربات و اتوماسیون نیستند
