Эпоха человекоподобных роботов все ближе: ученые придумали электронную "кожу"

Дальнейший прогресс в эволюции роботов немыслим без совершенствования их органов чувств. Уже достигнуты значительные успехи в области создания совершенных органов «зрения» и «слуха» для роботов, однако с «осязанием» дела обстояли неважно вплоть до последнего времени. Похоже, теперь дело сдвинулось с мертвой точки — японские ученые разработали для роботов электронную «кожу», способную ощущать прикосновения и по чувствительности сравнимую с человеческой. «Распознавание тактильной информации крайне важно для роботов будущих поколений», — заявил разработчик электронной кожи Такао Сомея (Takao Someya) из Токийского университета. Осязание поможет роботам определять форму объектов, бережно обращаться с требующими особой аккуратности предметами, а также избегать столкновений. Однако, несмотря на большие успехи, уже достигнутые в области распознавания визуальных образов и речи, осязание роботов до сих пор оставалось на весьма примитивном уровне.

Фото: Эпоха человекоподобных роботов все ближе: ученые придумали электронную "кожу"

Человеческая кожа покрыта множеством рецепторов, позволяющих нам ощущать прикосновения. Для моделирования таких рецепторов обычно используют пластики, вырабатывающие электрический сигнал при сжатии — например, поливинилиденфторид (ПВДФ). Тем не менее, электронная кожа должна не просто чувствовать прикосновение, но и определять место контакта, пишет журнал Nature. Японские ученые сумели решить эту задачу. Разработанная ими электронная «кожа» состоит из слоя упругого полимера, участки которого наполнены хорошо проводящим электрический ток графитом. Электрическое сопротивление такого полимера, меняющееся при нажатии на него, фиксируется массивом транзисторов, расположенных под резиновым слоем.

Основной проблемой, с которой столкнулись ученые при создании кожи для роботов, явилось обеспечение ее упругости. Упругость электронной «кожи» должна быть сравнима с упругостью кожи человеческой. Однако кремниевые чипы, на которых расположены регистрирующие место прикосновения транзисторы, гибкостью не отличаются. Японским ученым пришлось изготовить блоки транзисторов из гибкого органического материала пентацен. Датчики состоят из отдельных блоков размером 32х32 транзистора, каждый из которых представляет собой квадрат со сторонами 2,5 кв. мм. Технически возможно при необходимости уменьшить их размер еще на два порядка. Введение гибких транзисторных матриц позволило обеспечить великолепную гибкость электронной «кожи», которую можно обогнуть вокруг стержня диаметром 2 мм без вреда для нее.

Человеческая кожа, помимо тактильных ощущений, дает нам возможность реагировать также на температуру и влажность. Японские ученые надеются реализовать и эти функции. Кроме того, кожа должна легко растягиваться. В настоящее время она по своим свойствам больше напоминает лист бумаги — может изгибаться, но не может растягиваться. Эта проблема также ждет своего решения.

Появления надежных тактильных датчиков для «кожи» роботов давно ждали робототехники. «Отсутствие хороших устройств такого рода очень мешает продвигаться дальше», — комментирует Роберт Хоуи (Robert Howe), специалист по тактильным датчикам из Гарвардского университета. Правда, он сохраняет определенный пессимизм. «Уже предлагалось множество устройств подобного рода, — говорит он, — но, похоже, ни одно из них не вышло за стены лабораторий». Так, в прошлом году решение проблемы с кожей для роботов предложили ученые из Принстонского университета. Они разработали эластичный проводник, который, в отличие от обычных электропроводов, может растягиваться в два раза, при этом сохраняя электропроводность. Необычные механические свойства нового проводника связаны с тем, что его проводящий слой представляет собой золотую пленку толщиной 25 нанометров, лежащую на подложке из эластичного силикона.

Тем не менее, японские разработчики настроены оптимистично. Новая кожа, полагают они, сможет найти применение не только при создании роботов — она пригодится и в спорте, и в системах безопасности, и в медицине. Чувствительный ковер позволит отличить шаги членов семьи от посторонних по их характерному «почерку». «Тактильный мат» на спортплощадке сможет следить за успехами спортсмена, а чувствительное сиденье в автомобиле — контролировать самочувствие водителя.