Yeni elektronik eldivenler: robota dokunma hissi verin!
Kılavuz
Son zamanlarda, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Stanford Üniversitesi'ndeki mühendisler, sensör içeren elektronik bir eldiven geliştirdi. Bir gün, bu sensörler robotların ellerine daha fazla el becerisi kazandıracak ve bu el becerisi insanlar tarafından normal karşılanıyor.
arka fon
Günümüzde robotlar, çok ilgi gören son teknoloji alanlarından biri haline geldi. Bununla birlikte, dokunsal algılama yeteneği, robotların çeşitli nesneleri hünerli bir şekilde manipüle edebilmeleri için vazgeçilmez yeteneklerden biridir. Geçmişi gözden geçirerek yeniyi öğrenmek için önce geçmişte tanıtılan ilgili bilimsel araştırma örneklerini gözden geçirelim:
1) Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Cornell Üniversitesi tarafından tasarlanan esnek robot eli, çeşitli şekil ve malzemelerdeki nesneleri kavrayabilen ve algılayabilen bükülme, uzama ve mukavemeti algılamak için bir sensör olarak gerilebilir bir elastik optik dalga kılavuzu kullanır. Örneğin bu protez el, üç domatese dokunarak yumuşaklığını hissedebilir ve olgunluklarını belirleyebilir.
(Resim kaynağı: Cornell Üniversitesi)
2) Houston Üniversitesi, robotik kolun farklı ısı ve soğuğu algılamasına izin veren ve ayrıca biyomedikal elektronikte bir dizi uygulama için de kullanılabilen yapay bir cilt geliştirdi.
(Resim kaynağı: Houston Üniversitesi)
3) Kanada'daki British Columbia Üniversitesi, gerildiğinde, katlandığında veya büküldüğünde bir parmağın yaklaşmasını ve hafif dokunuşunu algılayabilen düşük maliyetli esnek bir sensör icat etti.
(Resim kaynağı: British Columbia Üniversitesi)
4) Purdue Üniversitesi, "iSoft" adı verilen gerilebilir esnek bir sensör geliştirdi. Sürekli teması algılama ve farklı yönlerde gerilme gibi gerçek zamanlı, "çok modlu" algılama gerçekleştirebilir.
(Resim kaynağı: Purdue Üniversitesi)
Yenilikçilik
Bugün robotun dokunsal algısı ile ilgili yeni bir teknoloji tanıtacağım.
Son zamanlarda, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Stanford Üniversitesi'ndeki mühendisler, sensör içeren elektronik bir eldiven geliştirdi. Bir gün, bu sensörler robotların ellerine daha fazla el becerisi kazandıracak ve bu el becerisi insanlar tarafından normal karşılanıyor.
21 Kasım'da Science Robotics dergisinde yayınlanan bir makalede kimya mühendisi Zhenan Bao ve ekibi sensörü gösterdi. Robot elinin narin meyvelere dokunmasını ve bir pinpon topu tutmasını sağlayacak kadar iyi çalışıyor, önemli olan onları ezmek değil.
teknoloji
Bao, eldivenin parmak ucundaki sensörün basıncın şiddetini ve yönünü eş zamanlı olarak ölçtüğünü ve bu iki fiziksel niceliğin el becerisi için vazgeçilmez olduğunu söyledi. Araştırmacılar, bu sensörleri otomatik olarak kontrol etmek için bu teknolojiyi geliştirmeye devam etmelidir. Teknolojiyi mükemmelleştirdiklerinde, bu tür eldivenleri giyen robotlar, sıkmadan ya da kaymalarına izin vermeden, baş ve işaret parmakları arasında bir yumurtayı ustaca tutabilecekler.
Bu elektronik eldiven, insan derisinin katmanlarının birlikte çalışma şeklini taklit eder ve bu şekilde ellerimize olağanüstü bir algı verir.
Cildimizin dış tabakası basınç, ısı ve diğer uyaranları algılayabilen sensörlerle doludur. Parmaklarımız ve avuç içlerimiz çok zengin dokunma sensörleri içerir. Bu sensörler, "dikenli katman" olarak da adlandırılan bir deri alt katmanıyla çalışır. Dikenli tabakanın mikroskobik "yer şekli" "tepeler" ve "vadiler" ile doludur ve engebeli görünüyor.
Bu sağlamlık çok önemlidir. Parmaklarımız bir nesneye dokunduğunda, dış deri sivri katmana yaklaşacaktır. Daha hafif dokunuşlar, "dağın tepesine" yakın sensörler tarafından hissedilecek. Daha fazla basınç, dış deriyi dikenli tabakanın "çukuruna" batmaya zorlayarak daha güçlü bir dokunma hissini tetikler.
Bununla birlikte, basınç yoğunluğunu ölçmek, sivri uçlu tabakanın işlevinin yalnızca bir parçasıdır. Bu sağlam alt katman ayrıca basınç veya kesme yönünü ortaya çıkarmaya yardımcı olur. Örneğin, parmağınızı kuzeye doğru bastırmak, bu minyatür "tepelerin" güney yamacında güçlü bir sinyal oluşturacaktır. Bu kesme kuvvetini algılama yeteneği, yumurtayı nazikçe ve sıkıca baş parmak ve işaret parmağı arasında tutmamıza yardımcı olan anahtar haline geldi.
İnsan cildinden ilham alan elektronik cilt (resim kaynağı: referans [2])
Biyonik elektronik dış görünümün tasarım konsepti (resim kaynağı: referans [2])
Doktora sonrası misafir araştırmacı Clementine Boutry ve yüksek lisans öğrencisi Marc Negre, insan vücudunun bu mekanizmasını taklit eden bu elektronik sensörün geliştirilmesine öncülük etti. Robotik eldivenin parmak ucundaki her sensör, birlikte çalışan üç esnek katmandan oluşur. Hem üst hem de alt katmanlar elektriksel olarak aktiftir. Araştırmacılar, bir tarladaki mahsul sıraları gibi, iki yüzeyin her birine bir tel ağı yerleştirdiler ve bu sıraları, yoğun bir küçük algılama pikselleri dizisi oluşturmak için birbirine dik hale getirdiler. Ayrıca alt katmanı dikenli katman kadar sağlam yaparlar.
Ortadaki kauçuk izolatör, üst ve alt elektrotları basitçe ayırır. Ancak bu ayrım kritiktir, çünkü birbirine dokunmadan birbirine yakın olan elektrotlar elektrik enerjisini depolayabilir. Robot parmaklarına bastırıldığında üst katmandaki elektrotlar zemin kata daha yakın bastırılır ve buna göre depolanan enerji artar. Alt katmandaki "tepeler" ve "vadiler", basıncın yoğunluğunu ve yönünü, insan derisine çok benzeyen dikey ızgaradaki belirli noktalara eşlemek için bir yol sağlar.
Elektronik dış görünümün üretimi ve görünümü (resim kaynağı: referans [2])
Sürekli tek pikselli sinyal yanıtıyla elde edilen biyonik elektronik cildin yanıt özellikleri (resim kaynağı: referans [2])
Biyonik elektronik dış görünümün optimizasyonu (resim kaynağı: referans [2])
Araştırmacılar, teknolojilerini test etmek için lastik bir eldivenin parmaklarına üç katmanlı sensör yerleştirdiler ve eldiveni robot eline koydular. Nihai hedef, sensörü doğrudan robot elin deri benzeri kaplamasına yerleştirmektir. Bir deneyde, bir meyveye zarar vermeden hafifçe dokunması için eldivenli bir robotik eli programladılar. Ayrıca robot elini bir pinpon topunu ezmeden alıp hareket ettirecek şekilde programladılar. Topu fırlatmadan tutmak için uygun kesme kuvvetini algılamak için sensörler kullanırlar.
Robot eline kurulan elektronik cilt deneyi (resim kaynağı: referans [2])
değer
Bao, "Bu teknoloji, robotlara gelecekte bir algılama işlevi verilecek bir yola girmemizi sağlıyor ve bu algılama işlevi insan derisine özgü."
Bao, doğru programlamayla, mevcut dokunmaya duyarlı eldivenleri giyen robotik ellerin, yumurtaları bir konveyör banttan alıp bir kartona yerleştirmek gibi tekrar eden görevleri yerine getirebileceğini söyledi. Bu teknoloji, hassas dokunma kontrolü gerektiren robot destekli cerrahiye de uygulanabilir. Bununla birlikte, Bao'nun nihai hedefi, önceden programlama yapmadan nesneleri güvenli bir şekilde tutmak için otomatik olarak uygun miktarda kuvvet uygulayabilen gelişmiş bir eldiveni geliştirmektir.
"Robotik bir eli, erik ağacına sıkmadan dokunması için programlayabiliriz. Ancak dokunup ahududu olduğunu algılamak ve robotun onu almasını sağlamak için hala daha önümüzde uzun bir yol var. "
Anahtar kelime
Robotlar, dokunma algılama, elektronik cilt, sensörler
Referans
[1] https://news.stanford.edu/press-releases/2018/11/21/stanford-developbots-sense-touch?preview=true
[2]
