В последние годы ученые-материаловеды и инженеры представили все более сложные материалы для робототехники и протезирования. Сюда входит широкий спектр электронных скинов, или электронных скинов, предназначенных для восприятия окружающей среды и искусственного воспроизведения ощущения осязания.

Исследователи из Университета Цинхуа недавно представили новую двухмодальную тактильную электронную кожу, которая может улучшить сенсорные возможности роботов, а также позволит им передавать информацию, используя осязание пользователя-человека. Этот электронный скин, представленный в статье , опубликованной на сервере препринтов arXiv и принятой IEEE ICRA 2024 , может как воспринимать тактильную информацию, так и создавать тактильную обратную связь , тем самым обеспечивая двунаправленное сенсорное взаимодействие человека и робота (HRI).

«В нашей статье представлена ​​двухрежимная электронная кожа (e-skin), предназначенная для улучшения взаимодействия человека и компьютера (HRI)», — рассказал Tech Xplore доктор Вэньбо Дин, соавтор статьи. «Он устраняет ограничения современной технологии электронной кожи, которая может обеспечить только тактильное восприятие или тактильную обратную связь , но не то и другое. Рабочие механизмы блоков восприятия и обратной связи не могут быть легко объединены, что приводит к более крупным устройствам и более высоким производственным затратам».

Основная цель недавнего исследования доктора Дина и его коллег заключалась в разработке двухмодальной электронной кожи, которая также могла бы реагировать на контактные силы посредством двунаправленной передачи тактильной информации. Чтобы добиться этого, представленная ими электронная кожа объединяет мультимодальное магнитное тактильное зондирование с вибрационной обратной связью.

«Электронная кожа объединяет гибкую магнитную пленку, кремниевый эластомер, матрицу датчиков Холла, матрицу приводов и блок микроконтроллера», — пояснил доктор Дин. «Датчик Холла обнаруживает деформацию магнитной пленки, вызванную механическим давлением, что приводит к изменениям магнитного поля , тем самым обеспечивая многомерное тактильное восприятие. Одновременно массив актуаторов генерирует механическую вибрацию для обеспечения тактильной обратной связи, улучшая интерактивный опыт. между людьми и роботами».

Доктор Дин и его коллеги протестировали прототип своей электронной кожи в серии экспериментов, а также исследовали ее потенциал в трех основных возможных приложениях: распознавании объектов, точном взвешивании и иммерсивном HRI. Они обнаружили, что электронная кожа эффективна как для восприятия тактильной информации, так и для создания тактильной обратной связи.

«Эксперимент по взвешиванию является особенно инновационным, поскольку в нем используются неожиданные и творческие тактильные вибрации», — сказал доктор Дин. «Кроме того, можно контролировать скорость деликатного процесса взвешивания, а точность контроля можно повысить до (~ 0,0246 г), что соответствует ежедневным требованиям к кулинарии и промышленному взвешиванию. Общая стоимость устройства составляет менее 26 долларов США, а вес — менее 29 грамм».

Двухмодальная тактильная электронная кожа, представленная доктором Дином и его коллегами, вскоре может быть развернута и протестирована в различных условиях. Помимо прочего, это может улучшить роботизированные манипуляции, обеспечить более точное управление промышленными роботами и открыть новые пути для разработки сложных протезов конечностей.

«Наши будущие исследования и разработки будут сосредоточены на миниатюризации компонентов электронной кожи для более широкого спектра применений, включении новых методов измерения (например, измерения температуры) и добавлении слуховой обратной связи», — добавил доктор Дин. «Эти достижения направлены на обеспечение более полного сенсорного опыта и улучшение сотрудничества человека и машины».