E-Skin založený na lidském senzorickém nervovém systému

Nový umělý nervový systém byl vyvinut asistenty profesora Benjamina Tee a výzkumníky z Národní univerzity v Singapuru (NUS). Nová technologie byla vytvořena Tee a skupinou výzkumníků a vědců z oddělení materiálového inženýrství na Fakultě inženýrství NUS. Tee a jeho tým vyvíjeli novou e-skin již jeden a půl roku, a on sám pracoval na této technologii již mnoho let. Jeho cílem bylo vytvořit technologii, která by pomohla robotům a protézám mít lepší smysl pro dotek.

Nový systém se nazývá Asynchronous Coded Electronic Skin (ACES), výzkum a vývoj byly zveřejněny v Science Robotics 18. července 2019. Před touto vývojem měly elektronické kůže mnoho drátů a byly náchylné k poškození.

Nová e-skin má stejný smysl pro dotek jako lidská kůže a je ultra-vysokou odpovědí. Je také schopna lépe zvládat poškození než skutečná kůže. Tee vysvětlil technologii a jak je v některých ohledech lepší než kůže, kterou máme na našich tělech.

„Lidé používají svůj smysl pro dotek, aby dokončili každý denní úkol, jako je zvednutí šálku kávy nebo podání ruky. Bez něj bychom dokonce ztratili svůj smysl pro rovnováhu, když chodíme. Podobně roboti potřebují mít smysl pro dotek, aby mohli lépe interagovat s lidmi, ale roboti dnes ještě nemohou cítit objekty velmi dobře.“

Výzkumníci na univerzitě použili lidský senzorický nervový systém jako model. ACES elektronický nervový systém detekuje signály podobně jako lidský nervový systém, ale ACES má síť senzorů a jeden elektrický vodič. To je odlišné od nervových skupin v lidské kůži. Profesor Tee hovořil o důvodech, proč je e-skin modelován podle lidského senzorického nervového systému.

„Lidský senzorický nervový systém je extrémně efektivní a funguje neustále do té míry, že jsme často bereme jako samozřejmost. Je také velmi robustní vůči poškození. Naše smysly pro dotek, například, nejsou ovlivněny, když trpíme řezem. Pokud můžeme napodobit, jak naše biologické systémy fungují a udělat je ještě lepší, můžeme přinést obrovské pokroky v oblasti robotiky, kde jsou elektronické kůže převážně aplikovány.“

Systém ACES je rychlejší než lidský senzorický nervový systém. Může detekovat doteky více než 1 000krát rychleji. Může také rozlišovat fyzické kontakty mezi různými senzory. Je schopno to udělat za méně než 60 nanosekund, což je nejrychlejší pro technologii e-skin. Další výhodou e-skin je, že může určit tvar, tvrdost a texturu objektů do 10 milisekund. Je schopno to udělat díky vysoké fidelitě a rychlosti zachycení. Jako skutečná lidská kůže je nová e-skin robustní vůči fyzickému poškození. Kůže, lidská nebo elektronická, je v постоянném kontaktu s vnějším prostředím, což způsobuje mnoho poškození. Protože systém ACES používá elektrický vodič s nezávislými senzory, kůže zůstává funkční, pokud existuje alespoň jeden kontakt mezi senzorem a vodičem.

Tato nová vývojová technologie může být použita v mnoha různých oblastech, jako jsou aplikace umělé inteligence, jako jsou protetické končetiny a rozhraní mezi člověkem a strojem. Profesor Tee hovořil o možnostech.

„Škálovatelnost je kritickým faktorem, protože jsou vyžadovány velké kusy vysoce výkonné elektronické kůže, aby pokryly relativně velkou povrchovou oblast robotů a protetických zařízení. ACES lze snadno spojit s jakýmkoli typem senzorových vrstev, například těch, které jsou navrženy pro detekci teploty a vlhkosti, aby se vytvořila vysoce výkonná ACES-povolená elektronická kůže s výjimečným smyslem pro dotek, který lze použít pro širokou škálu účelů.“

Tato technologie bude pokračovat ve vývoji a je to další oblast, která se rychle pohybuje a vytváří úžasné příležitosti. Bude zejména užitečná v robotice, protože tam je většina e-skin目前 aplikována.