Британські вчені навчили роботів відчувати дотик за допомогою однієї дешевої камери

Дослідники з Лондонського університету королеви Марії (Queen Mary Uni­ver­si­ty of Lon­don) розробили м’який тактильний сенсор, який дає роботам змогу буквально «бачити» дотик. Тиск і деформація внутрішньої поверхні м’якого наконечника миттєво перетворюються на кольорову картину, яку зчитує звичайна камера — без складних обчислень і розгалуженої мережі датчиків.

Забезпечити роботів повноцінним тактильним відчуттям досі вкрай складно. У руці людини понад 10 тисяч механорецепторів — відтворити таку щільність чутливих елементів у роботі технічно майже неможливо: або бракує датчиків, або потрібні надто потужні алгоритми й обчислювальні ресурси.

Британські вчені обійшли цю проблему нестандартним способом. Вони запропонували безпосередньо зчитувати деформацію м’якого датчика в точці контакту як інформацію про рельєф поверхні та її механічні властивості. Ключовий елемент пристрою — еластичний брегівський відбивач, розміщений між двома шарами м’якого силікону.

Коли датчик притискають до поверхні, матеріал деформується і формує певний кольоровий узор — не за рахунок барвника, а внаслідок зміни оптичного відгуку своєї структури. Ці візерунки несуть інформацію про характер контакту, тиск і деформацію, тож навіть проста USB-камера здатна зчитати карту навантаження напряму — без щільної сітки сенсорів і складної архітектури обробки сигналу.

Розробка усуває традиційний компроміс між роздільною здатністю та швидкістю роботи. Класичні тактильні датчики — ємнісні, резистивні чи п’єзоелектричні — працюють у реальному часі, але рідко виходять за межі роздільної здатності менш як 1 мм через розміри комірок, відстань між ними та взаємні перешкоди. Тактильні сенсори на основі машинного зору дають кращу деталізацію, проте потребують значних обчислювальних потужностей. Новий британський сенсор розрізняє елементи поверхні з кроком близько 100 мікрометрів у режимі реального часу без додаткового навантаження на процесор.

Сфера застосування розробки охоплює виробництво, медицину та побут. На промислових маніпуляторах така «шкіра» дозволить точно контролювати силу захоплення під час збирання мікрокомпонентів, де навіть незначне перевищення тиску може пошкодити деталь. У протезах вона забезпечить багатий тактильний зворотний зв’язок, а в хірургічних роботах допоможе на дотик розрізняти здорові й уражені тканини.