Robotitele tehti valmis nahk – selline käsi on tundlik ja inimesel on seda meeldivam puudutada

Käsi nagu käsi ikka - või siiski mitte? Robot tunneb sellega sarnaselt inimesele, kui puudutatakse. Foto: kaader videost / Cambridge´i ülikool

Robotid saavad nüüd «nahaga» tunda nagu inimesed ning meie jaoks pole enam masinaga «käesurumine» tundetu tükiga suhtlemine - see kate on nagu elus ja jätab hoopis meeldivama mulje. Teadlaste väljatöötatud tundlik materjal tõmmatakse varsti humanoidrobotitele peale.

Teadlased on välja töötanud odava, vastupidava ja ülitundliku robotite «naha», mida saab roboti kätele kinnitada nagu kinnast, võimaldades robotitel koguda keskkonna kohta teavet viisil, mis sarnaneb inimese tunnetusele. Uuringu tulemused avaldati ajakirjas Science Robotics.

Cambridge’i ülikooli (University of Cambridge) ja Londoni University College’i (UCL) teadlased töötasid välja painduva ja elektrit juhtiva naha, mis on lihtsalt valmistatav ning mida saab sulatada ja vormida keerukatesse kujunditesse.

See tehnoloogia suudab tajuda ja töödelda erinevaid füüsilisi sisendeid, võimaldades robotitel suhelda füüsilise maailmaga märksa sisukamal viisil. Erinevalt teistest robotpuute lahendustest, kus andurid paiknevad väikestes piirkondades ja erinevad andurid on vajalikud erinevat tüüpi puudete jaoks, on Cambridge’i ja UCL-i teadlaste loodud elektrooniline «nahk» tervikuna andur, viies selle lähemale inimese enda naha nii-öelda sensorisüsteemile.

Kuigi uus robotnahk ei ole veel sama tundlik kui inimnahk, suudab see tuvastada signaale enam kui 860 000 mikroskoopilisest kanalist materjalis. See võimaldab eristada erinevat tüüpi puudutusi ja rõhke – näiteks sõrme koputust, kuuma või külma pinda, sisselõike või torke tekitatud kahjustusi või mitmekordseid samaaegseid puutepunkte – kõik ühe materjali abil.

Teadlased kasutasid füüsikaliste katsete ja masinõppe kombinatsiooni, et aidata robotnahal «õppida», millised kanalid on olulisimad, võimaldades puudutuse tüüpe täpsemalt ja tõhusamalt eristada. Lisaks võimalikule kasutusele humanoidrobotite ja proteeside puhul, kus puudutustaju on ülioluline, näevad teadlased sellel tehnoloogial rakendusi ka autotööstuses või katastroofiabi valdkonnas.

Elektroonilised «nahad» töötavad, muutes füüsilise teabe – nagu rõhu või temperatuuri – elektroonilisteks signaalideks. Tavaliselt on vaja erinevaid andureid eri tüüpi puudete jaoks – üks rõhu tuvastamiseks, teine temperatuuri jne – ning need andurid paigutatakse pehmetesse painduvatesse materjalidesse. Kuid nende signaalid võivad üksteisega seguneda ning materjal ise on kergesti kahjustatav.

Science Roboticsis ilmunud teadustöö juhtautor dr David Hardman Cambridge’i inseneriteaduskonnast selgitas, et erinevate andurite olemasolu muudab materjalide valmistamise keeruliseks. Nende eesmärk oli luua lahendus, mis suudaks tuvastada mitut tüüpi puudutusi samaaegselt, ent üheainsa materjali abil.

Töö kaasautor dr Thomas George Thuruthel UCL-ist lisas, et samal ajal peab lahendus olema odav ja vastupidav, et sobiks laialdaseks kasutamiseks.

Nende lahendus põhineb ühel anduriliigil, mis reageerib erinevat tüüpi puudutustele eri moel – see on tuntud kui multimodaalne tajumine. Kuigi iga signaali põhjuste eristamine on keeruline, on sellist tüüpi materjalide tootmine lihtsam ja need on vastupidavamad. Teadlased sulatasid pehme, veniva ja elektrit juhtiva želatiinipõhise hüdrogeeli kokku ning vormisid selle inimkäe kujuliseks. Nad katsetasid erinevaid elektroodide paigutusi, et määrata, milline annab kõige parema info puudutuste tüübi kohta.

Kasutades vaid 32 elektroodi randme piirkonnas, suutsid nad koguda kogu käe ulatuses üle 1,7 miljoni infoühiku tänu materjalis paiknevatele mikroskoopilistele kanalitele. Seejärel testiti nahka erinevate puudutuste suhtes: kuumapuhuriga, sõrmede ja robotkäe vajutusega, õrna puudutusega ning isegi skalpelliga lõigates.

Kogutud andmete põhjal koolitati masinõppemudel, mis võimaldas käel ära tunda erinevate puudutuste tähendust. Postdoktorant dr Hardman, kes töötab professor Fumiya Iida laboratooriumis, rõhutas, et nende materjal suudab väga kiiresti koguda tuhandeid mõõtmisi – korraga suurel pindalal ja mitmete erinevate sisendite osas. Thurutheli sõnul ei ole robotnahk veel päris inimnahaga võrreldav, kuid see ületab kõik olemasolevad tehisnaha lahendused. Meetod on paindlikum ja lihtsam kui traditsioonilised andurid ning neid saab kalibreerida inimese puudutuse põhjal mitmesuguste ülesannete jaoks, kirjutab Techxplore.

Tulevikus plaanivad teadlased elektroonilise naha vastupidavust veelgi parandada ning viia läbi täiendavaid katseid reaalsetes robootikas kasutatavates olukordades.