0

Новая электронная кожа в 1000 раз более чувствительна чем человеческая

28.07.2019
Рекорд для электронной кожи: в Национальном университете Сингапура была разработана сенсорная система, которая реагирует быстрее, чем функция осязания человеческой кожи. (Фото: Национальный университет Сингапура NUS)

Для того, чтобы в будущем роботы и протезы были такими же чувствительными, как человеческая кожа, исследователи во всем мире работают над усовершенствованием электронной кожи (e-skin), которая благодаря сенсорной технологии должна функционировать как искусственная нервная система. В Сингапуре в настоящее время разработана электронная кожа, которая уже сегодня реагирует на внешние раздражители в 1000 раз быстрее, чем кожа человека.

Человек может взаимодействовать с окружающим миром благодаря многочисленным поверхностным рецепторам на коже. Они реагируют на окружающую среду и своевременно предупреждают нас об опасности. Большинство из этих поверхностных органов чувств представляют собой так называемые «механорецепторы», которые расположены в верхних слоях кожи и реагируют на физические деформации, поэтому они являются защитными элементами для всех контактов с кожей извне. Между органами чувств человеческого тела существует строгое разделение труда: различные рецепторы выполняют различные задачи, которые в целом дают мозгу точное представление о том, что происходит вокруг тела.

Таким образом, так называемые рецепторы «телА Мейснера» замечают, насколько быстро кожа прижимается к раздражителю. Другие кожные рецепторы под названием «ячейки Меркеля» диаметром порядка 10 мкм реагируют на постоянное прикосновение. «Тела Руффини», в свою очередь, являются своего рода датчиками силы растяжения кожи. Они имеют длину около 2 мм и равномерно располагаются по всей поверхности тела. Вибрации обнаруживаются при помощи «рецепторов Пачини». Они имеют диаметр около 1 мм и расположены в подкожной клетчатке. Таким образом функция чувствительности кожи к внешним раздражителям складывается из многих компонентов, выполняющих разную роль.

Интеллектуальная электронная кожа для роботов и протезов

Исследователи всего мира работают над созданием искусственной кожи человека, например, для роботов и протезов. Такая электронная оболочка (E-skin) может измерять давление, температуру, влажность и поток воздуха с помощью датчиков. «Мы, люди, используем наше чувство осязания практически для каждой повседневной задачи. Без чувства осязания мы бы даже потеряли равновесие во время бега. Поэтому роботам тоже необходимо чувство осязания, для того чтобы лучше взаимодействовать с людьми. Но на данный момент роботизированные объекты все еще не способны чувствовать себя точно так же, как человек», - говорит исследователь Бенджамин Ти из Национального университета Сингапура (NUS). Он работает со своей командой из Департамента материаловедения и инженерии над электронной кожей, которая реагирует на механические раздражители в 1000 раз быстрее, чем кожа человека. Ученый называет эту искусственную нервную систему «асинхронно кодированной электронной кожей» (ACES).

Искусственная нервная система открывает новые горизонты в робототехнике

Уже около десяти лет Бенджамин Ти работает над чувствительностью этой электронной кожи. В качестве примера он берет нервную систему человека. На данный момент ACES может фиксировать различные внешние сигналы подобно нервной системе человека. Он состоит из сенсорной сети, которая соединяет отдельные компоненты между собой одним электрическим проводником. В предыдущих системах датчики были тесно связаны в единую сеть. Это делает их уязвимыми к повреждениям, подчеркивает Ти. Ти удалось разработать систему, которая отличается особой надёжностью.

«Нервная система человека чрезвычайно эффективна и надежна.», - говорит исследователь. Например, она не отомрёт, если вы пострадали от пореза. «Если нам удастся имитировать и в дальнейшем улучшить биологическую систему, мы сможем добиться огромного прогресса в робототехнике», - говорит ученый.

Сенсорная система реагирует в 1000 раз быстрее настоящей кожи

Говорят, что современная электронная оболочка различает внешние физические воздействия с помощью двух датчиков, расположенных на расстоянии менее 60 нанометров друг от друга. Они должны быть способны распознать форму, текстуру поверхности и твердость объекта в течение десяти миллисекунд. Чтобы сделать электронную кожу более защищенной, исследователи разработали водонепроницаемую оболочку специально для ACES.

Электронный датчик кожи способен к самовосстановлению

Благодаря простой схеме и высокой реактивности, даже с ростом числа датчиков, интеллектуальные решения e-skin для искусственного интеллекта в роботах, протезных устройствах и других интерфейсах схемы человек-машина могут масштабироваться соответствующим образом. Поскольку электронная оболочка должна покрывать большие поверхности на роботах или протезах, масштабируемость, описываемая учёными, является важным критерием. Можно легко комбинировать ACES с другими, более масштабными системами датчиков, например, для измерения температуры или влажности. Примером такого взаимодействия является прозрачная,  водоотталкивающая сенсорная кожа, способная к самовосстановлению подобно человеческой, созданная также в лабораториях Tees Group. Как и человеческая кожа, она может восстанавливаться сама. Ожидается, что это будет способствовать развитию более реалистичных протезов, которые помогут в будущем восстановить чувство осязания пострадавших.

Возврат к списку

Хотите подписаться на статьи электронного журнала "Электрорешения"?