Что чувствует робот, когда к чему-то прикасается? Мало или ничего до сих пор. Но с подходящими датчиками, исполнительными механизмами и программным обеспечением роботам можно дать чувство такта или, по крайней мере, способность идентифицировать различные материалы на ощупь.
Исследователи из Инженерной школы Витерби Университета Южной Калифорнии 18 июня опубликовали исследование в Frontiers in Neurorobotics, показывающее, что специально разработанный робот может превзойти людей в определении широкого спектра природных материалов по их текстурам, прокладывая путь за достижения в области протезов, персональных вспомогательных роботов и тестирования потребительских товаров.
Робот был оснащен тактильным датчиком нового типа, имитирующим кончик человеческого пальца. Он также использовал недавно разработанный алгоритм для принятия решений о том, как исследовать внешний мир, имитируя человеческие стратегии. Способный к другим человеческим ощущениям, датчик также может сказать, где и в каком направлении силы приложены к кончику пальца и даже о тепловых свойствах объекта, к которому прикасаются.
Как и человеческий палец, датчик BioTac® группы имеет мягкую, гибкую кожу над жидким наполнителем. На поверхности кожи даже остаются отпечатки пальцев, что значительно повышает ее чувствительность к вибрации. Когда палец скользит по текстурированной поверхности, кожа характерным образом вибрирует. Эти вибрации улавливаются гидрофоном внутри похожей на кость сердцевины пальца. Человеческий палец использует аналогичные вибрации для распознавания текстур, но палец робота еще более чувствителен.
Когда люди пытаются идентифицировать объект на ощупь, они используют широкий спектр исследовательских движений, основанных на их предыдущем опыте обращения с подобными объектами. Знаменитая теорема математика 18-го века Томаса Байеса описывает, как решения могут приниматься на основе информации, полученной во время этих движений. Однако до сих пор не было возможности решить, какое исследовательское движение предпринять дальше. В статье, написанной профессором биомедицинской инженерии Джеральдом Лебом и недавно получившим докторантуру Джереми Фишелом, их новая теорема для решения этой общей проблемы описывается как «Байесовское исследование».
Созданный компанией Fishel специализированный робот был обучен работе со 117 обычными материалами, собранными в магазинах тканей, канцтоваров и хозяйственных товаров. Столкнувшись с одним случайным материалом, робот мог правильно идентифицировать материал в 95% случаев после разумного выбора и выполнения в среднем пяти исследовательских движений. Лишь изредка его путали пары похожих текстур, которые люди-субъекты, совершающие свои собственные исследовательские движения, вообще не могли различить.
Итак, прикосновение - еще одна задача, которую люди передают роботам? Фишел и Леб отмечают, что, хотя их робот очень хорошо определяет, какие текстуры похожи друг на друга, он не может сказать, какие текстуры предпочтут люди. Вместо этого они говорят, что эта сенсорная технология роботов может быть использована в человеческих протезах или для помощи компаниям, которые нанимают экспертов для оценки ощущений от потребительских товаров и даже кожи человека.
Loeb и Fishel являются партнерами SynTouch LLC, которая разрабатывает и производит тактильные датчики для мехатронных систем, имитирующие человеческую руку. Этот стартап, основанный в 2008 году исследователями из Центра разработки медицинских устройств USC, в настоящее время продает свои датчики BioTac другим исследователям и производителям промышленных роботов и протезов рук.