Електронна шкіра на основі людської сенсорної нервової системи

Нова штучна нервова система була розроблена помічником професора Бенджаміна Ті та дослідниками Національного університету Сінгапуру (NUS). Нова технологія була створена Ті та групою дослідників і вчених з кафедри матеріалознавства та інженерії факультету інженерії NUS. Ті та його команда розробляли нову електронну шкіру протягом одного з половиною років, а сам Ті працював над цією технологією вже багато років. Його мета полягала у створенні технології, яка допоможе роботам і протезам мати краще відчуття дотику.

Нова система називається Асинхронною кодованою електронною шкірою (ACES), дослідження та розробки були опубліковані в Science Robotics 18 липня 2019 року. До цього розвитку електронні шкіри мали багато дротів і були схильні до пошкоджень.

Нова електронна шкіра має таке ж відчуття дотику, як і людська шкіра, і вона надзвичайно високочутлива. Вона також здатна краще справлятися з пошкодженнями, ніж справжня шкіра. Ті пояснив технологію та те, як у деяких аспектах вона перевершує людську шкіру.

«Люди використовують своє відчуття дотику, щоб виконувати кожну повсякденну задачу, наприклад, піднімати чашку кави або давати рукостискання. Без нього ми навіть втратимо відчуття рівноваги при ходьбі. Аналогічно, роботам потрібно мати відчуття дотику, щоб краще взаємодіяти з людьми, але сучасні роботи ще не можуть добре відчувати об’єкти».

Дослідники університету використали людську сенсорну нервову систему як модель. Електронна нервова система ACES виявляє сигнали подібно до людської нервової системи, але ACES має мережу сенсорів та один електричний провідник. Це відрізняється від групування нервів у людській шкірі. Професор Ті розповів про причини, чому електронна шкіра моделюється за людською сенсорною нервовою системою.

«Лудська сенсорна нервова система надзвичайно ефективна та працює постійно, до того ступеня, що ми часто приймаємо її як належне. Вона також дуже стійка до пошкоджень. Наше відчуття дотику, наприклад, не порушується, коли ми отримуємо поріз. Якщо ми можемо імітувати, як працює наша біологічна система, та зробити її ще кращою, ми можемо досягти величезних успіхів у галузі робототехніки, де електронні шкіри застосовуються переважно».

Система ACES швидша за людську сенсорну нервову систему. Вона може виявляти дотики більш ніж у 1000 разів швидше. Вона також може розрізняти фізичні контакти між різними сенсорами. Вона може робити це менш ніж за 60 наносекунд, що є найшвидшим результатом для технології електронної шкіри. Інша перевага електронної шкіри полягає в тому, що вона може визначати форму, твердість та текстуру об’єктів менш ніж за 10 мілісекунд. Вона може робити це завдяки високій точності та швидкості захоплення. Як і справжня людська шкіра, нова електронна шкіра стійка до фізичних пошкоджень. Шкіра, людська чи електронна, постійно взаємодіє з зовнішнім середовищем, що викликає багато пошкоджень. Оскільки система ACES використовує електричний провідник з незалежними сенсорами, шкіра залишається функціональною, поки існує хоча б один зв’язок між сенсором та провідником.

Ця нова розробка технології може бути використана в багатьох різних областях, таких як застосування штучного інтелекту, наприклад, протезні кінцівки та інтерфейси людини та машини. Професор Ті розповів про можливості.

«Масштабованість є критичним фактором, оскільки великі частини високопродуктивної електронної шкіри необхідні для покриття відносно великих поверхонь роботів та протезних пристроїв. ACES можна легко поєднати з будь-яким типом сенсорних шкіряних шарів, наприклад, тих, які призначені для виявлення температури та вологості, щоб створити високопродуктивну електронну шкіру з винятковим відчуттям дотику, яка може бути використана для широкого спектра цілей».

Ця технологія продовжить розвиватися, і це ще одна галузь, яка рухається швидко та створює чудові можливості. Вона буде особливо корисна в робототехніці, оскільки саме там зараз застосовується більша частина електронної шкіри.