Тактильный датчик на основе мягкого полимера для применения в робототехнике.
Чтобы эффективно решать повседневные задачи, роботы должны уметь определять свойства и характеристики объектов в своем окружении, чтобы они могли схватывать их и соответствующим образом манипулировать ими. Люди естественным образом достигают этого, используя свое осязание, и поэтому робототехники пытаются предоставить роботам аналогичные возможности тактильного восприятия.
Группа исследователей из Университета Гонконга недавно разработала новый мягкий тактильный датчик, который может позволить роботам обнаруживать различные свойства объектов, которые они захватывают. Этот датчик, представленный в статье, предварительно опубликованной на arXiv , состоит из двух слоев переплетенных оптических волокон и алгоритма самокалибровки.
«Хотя в роботизированных приложениях существует множество мягких и гибких тактильных датчиков, способных отделить нормальную силу от силы сдвига , влияние размера объекта, находящегося в контакте, на модель калибровки силы обычно игнорируется», — Вентао Чен, Юкан Ян и их коллеги написали в своей газете.
«Используя принцип, согласно которому контактная сила может быть получена из потерь световой мощности в сердцевине мягкого оптического волокна, мы представляем мягкий тактильный датчик, который разделяет нормальную и поперечную силы и калибрует результаты измерения на основе размера объекта, разрабатывая двухкомпонентный датчик. многослойное тканое оптическое волокно на основе полимера с анизотропной структурой, внедренной в мягкий эластомер».
По сути, предложенный командой тактильный датчик дает анизотропный отклик, когда он деформируется в разных направлениях. Затем этот отклик обрабатывается алгоритмом линейной калибровки, который напрямую сопоставляет сигналы, излучаемые оптическими волокнами, с размером объекта, находящегося в контакте с датчиком, и силами, калиброванными по размеру объекта.
Чен, Ян и их коллеги оценили свой датчик в серии реальных экспериментов, интегрировав его в кончик робота-манипулятора. В этих первоначальных испытаниях датчик показал очень многообещающие результаты, поскольку он мог с хорошей точностью измерять размер объектов и их нормальные и поперечные силы, откалиброванные по их размеру.
«Откалибровав датчик на кончике манипулятора робота, мы показываем, что роботы могут реконструировать вектор силы со средней точностью 0,15 Н для нормальных сил, 0,17 Н для поперечных сил по оси X и 0,18 Н для поперечных сил по оси Y. по оси, в пределах диапазона измерения 0–2 Н во всех направлениях и со средней точностью измерения размера объекта 0,4 мм в диапазоне диаметров испытательного индентора 5–12 мм», — поясняют Чен, Ян и их коллеги в своей статье.
«Результаты подчеркивают точные измерения , обеспечиваемые аппаратной конструкцией анизотропной двухслойной структуры оптического волокна и гибкой печатной платы, а также алгоритмом калибровки».
В отличие от других искусственных тактильных систем, разработанных в прошлом, мягкий датчик исследователей не опирается на модели искусственного интеллекта (ИИ), управляемые данными, которые могут требовать больших вычислительных ресурсов и часто требуют серьезного обучения. Это облегчает крупномасштабное внедрение, поскольку процесс его изготовления также относительно прост и недорог.
В будущем этот новый датчик на полимерной основе можно будет интегрировать и протестировать на более широком спектре роботов, чтобы дополнительно проверить его эффективность в реальных экспериментах. Кроме того, исследователи планируют еще больше улучшить его конструкцию, например, добавив дополнительные слои оптического волокна или расположив их по-другому для декодирования дополнительной тактильной информации.
