Электронная кожа на основе человеческой сенсорной нервной системы

Новая искусственная нервная система была разработана помощником профессора Бенджамина Ти и исследователями из Национального университета Сингапура (NUS). Новая технология была создана Ти и группой исследователей и ученых из кафедры материаловедения и инженерии факультета инженерии NUS. Ти и его команда разрабатывали новую электронную кожу в течение полутора лет, и он сам работал над этой технологией много лет. Его целью было создание технологии, которая помогла бы роботам и протезам иметь лучшее чувство осязания.

Новая система называется Асинхронной Кодированной Электронной Кожей (ACES), исследования и разработки были опубликованы в Science Robotics 18 июля 2019 года. До этого развития электронные кожи имели много проводов и были склонны к повреждению.

Новая электронная кожа имеет то же чувство осязания, что и человеческая кожа, и она чрезвычайно высоко чувствительна. Она также способна лучше справляться с повреждениями, чем настоящая кожа. Ти объяснил технологию и то, как в некоторых отношениях она превосходит кожу, которую мы имеем на наших телах.

«Люди используют наше чувство осязания, чтобы выполнить каждую повседневную задачу, такую как поднять чашку кофе или сделать рукопожатие. Без него мы даже потеряем чувство равновесия при ходьбе. Аналогично, роботам нужно иметь чувство осязания, чтобы лучше взаимодействовать с людьми, но роботы сегодня еще не могут хорошо чувствовать объекты».

Исследователи в университете использовали человеческую сенсорную нервную систему как модель. Электронная нервная система ACES обнаруживает сигналы аналогично человеческой нервной системе, но ACES имеет сеть датчиков и один электрический проводник. Это отличается от группировки нервов в человеческой коже. Профессор Ти рассказал о причинах, по которым электронная кожа моделируется по человеческой сенсорной нервной системе.

«Человеческая сенсорная нервная система чрезвычайно эффективна и работает все время до такой степени, что мы часто принимаем ее как должное. Она также очень устойчива к повреждениям. Наше чувство осязания, например, не пострадает, когда мы получаем порез. Если мы можем имитировать, как работает наша биологическая система, и сделать ее еще лучше, мы можем добиться огромных достижений в области робототехники, где электронные кожи в основном применяются».

Система ACES быстрее человеческой сенсорной нервной системы. Она может обнаруживать прикосновения более чем в 1000 раз быстрее. Она также может различать физические контакты между разными датчиками. Она может делать это менее чем за 60 наносекунд, что является самым быстрым для технологии электронной кожи. Другое преимущество электронной кожи заключается в том, что она может определить форму, твердость и текстуру объектов в течение 10 миллисекунд. Она может делать это благодаря высокой точности и скорости захвата. Как и настоящая человеческая кожа, новая электронная кожа устойчива к физическому повреждению. Кожа, человеческая или электронная, находится в постоянном взаимодействии с внешней средой, что вызывает много повреждений. Поскольку система ACES использует электрический проводник с независимыми датчиками, кожи остаются функциональными, пока существует хотя бы одно соединение между датчиком и проводником.

Это новое развитие технологии может быть использовано в многих разных областях, таких как приложения искусственного интеллекта, такие как протезные конечности и интерфейсы человек-машина. Профессор Ти рассказал о возможностях.

«Масштабируемость является критическим фактором, поскольку для покрытия относительно больших поверхностей роботов и протезных устройств требуются большие куски высокопроизводительных электронных кож. ACES может быть легко объединена с любым типом сенсорных кожных слоев, например, с теми, которые предназначены для обнаружения температуры и влажности, для создания высокопроизводительной электронной кожи ACES с исключительным чувством осязания, которое может быть использовано для широкого спектра целей».

Эта технология будет продолжать развиваться, и это еще одна область, которая движется быстро и производит удивительные возможности. Она будет особенно полезна в робототехнике, поскольку именно там в основном применяется большинство электронных кож.