پوست مصنوعی برای ربات ها، با الهام از سامانه های زیستی

پوست مصنوعی، به ربات‌ها این امکان را می‌دهد تا بدن و محیط اطراف خود را احساس کنند. این توانایی بسیار مهمی در صورت نزدیک بودن یک انسان به آنها است. یک گروه در دانشگاه فنی مونیخ (TUM) سامانه‌ای مرکب از پوست مصنوعی با الهام از پوست انسان را با الگوریتم‌های هدایتی توسعه داده است. آنها این فناوری را برای ساخت نخستین ربات انسان‌نمای مستقل با پوست مصنوعی در سرتاسر بدنه بکار برده‌اند. ادامه‌ی این مطلب را در مجله فناوریهای توان‌افزا و پوشیدنی دنبال می‌کنیم.

پوست مصنوعی برای ربات ها، با الهام از سامانه های زیستی
هر سلول از این پوست مصنوعی که توسط پژوهشگران در دانشگاه فنی مونیخ (TUM) ساخته شده، به یک ریزپردازنده و حسگرهایی برای آشکارسازی تماس، شتاب، نزدیکی و دما مجهز شده است. الگوریتم‌های هدایت جدید باعث شده است که برای نخستین بار پوست مصنوعی روی یک ربات با اندازه‌های انسانی اعمال شود.

پوست مصنوعی ساخته شده توسط پروفسور Gordon Cheng و گروهش، از سلول‌های شش‌ضلعی به اندازه‌ی یک سکه دو یورویی (قطر تقریبی یک اینچ) تشکیل شده است. هر یک از این سلول‌ها مجهز به یک ریزپردازنده و حسگرهای آشکارسازی تماس، شتاب، نزدیکی و دما هستند. پوست مصنوعی‌ به ربات‌ها این امکان را می‌دهد تا محیط خود را با جزئیات بیشتر و با حساسیت بسیار درک کنند. بنابراین نه تنها به آنها کمک می‌کند که ایمن‌تر حرکت کنند، بلکه باعث می‌شود تا در هنگام کار در نزدیکی افراد برای آنها نیز ایمن‌ باشند و به آنها امکان پیش‌بینی و جلوگیری فعالانه از تصادفات را بدهند.

این سلول‌ها حدود ۱۰ سال پیش توسط دکتر Cheng استاد سامانه‌های شناختی در TUM ساخته شده‌اند. اما این اختراع، همانطورکه در آخرین شماره مجله Proceedings of the IEEE توضیح داده شده است، پتانسیل کامل خود را تنها هنگامی که با یک سامانه پیشرفته ادغام گردید، نشان داد.

ظرفیت محاسبات بیشتر از طریق رهیافت رویداد محور

همیشه بزرگترین مانع در توسعه‌ی پوست ربات، ظرفیت محاسبات بوده است. پوست انسان حدود ۵ میلیون گیرنده دارد. تلاش‌ها برای پیاده‌سازی پردازش مداوم داده‌های حسگرها در پوست مصنوعی به سرعت با محدودیت مواجه می‌شود. سامانه‌های پیشین با داده‌های حاصل از تنها چند صد حسگر سرریز می‌شدند.

برای برطرف کردن این مشکل، Cheng و همکارانش با استفاده از یک رویکرد مهندسی اعصاب، سلول‌های پوستی را بطور پیوسته کنترل نمی‌کنند. بلکه بیشتر با یک سامانه‌ی رویداد‌محور چک می‌شوند. این کار تلاش‌های محاسباتی را تا حدود ۹۰ درصد کاهش می‌دهد. سلول‌های منفرد اطلاعات حسگرهای خود را تنها زمانی که مقادیرشان دستخوش تغییر می‌شوند، منتقل می‌کنند.

فناوری فوق مشابه نحوه‌ی عملکرد سامانه‌ی عصبی انسان است. برای نمونه وقتی برای نخستین بار کلاهی را بر سر می‌گذاریم، در ابتدا آن را احساس می‌کنیم، اما خیلی سریع به این حس عادت می‌کنیم. سپس دیگر نیازی به توجه به کلاه نیست. تا زمانی که مثلا باد آن را از روی سرمان بیندازد. این موضوع سامانه‌ی عصبی ما را قادر می‌سازد تا تنها بر روی ادراکات جدید که نیاز به یک پاسخ فیزیکی دارند، متمرکز شود.

ایمنی در تماس نزدیک بدنی

با استفاده از رهیافت رویداد‌محور، پروفسور Cheng و گروهش موفق شده‌اند که پوست مصنوعی را روی یک ربات مستقل با اندازه انسان قرار دهند، که به هیچ گونه محاسبات خارجی‌ وابسته نیست. ربات H-1 به ۱۲۶۰ سلول (چیزی بیش از ۱۳۰۰۰ حسگر) بر روی سطح خارجی بدنه، دست‌ها، پاها و حتی کف پاهایش مجهز است. چنین فناوری به این ربات یک احساس بدنی تازه می‌بخشد. برای نمونه، با پاهای حساسش قادر به پاسخگویی به سطوح ناهموار کف اتاق و حتی ایجاد تعادل وزنی بر روی یک پا است.

ربات H-1 با پوست مخصوص خود حتی می‌تواند با ایمنی شخصی را در آغوش بکشد! این مطلب ممکن است خیلی کم‌اهمیت‌تر از چیزی که هست بنظر برسد. ربات‌ها می‌توانند نیروهایی را وارد کنند که به یک انسان آسیب جدی وارد کند. در حین آغوش گرفتن، دو بدن یکدیگر را در نقاط بسیاری لمس می‌کنند. ربات باید از این اطلاعات پیچیده برای محاسبه‌ی حرکات صحیح و اعمال فشارهای تماسی درست استفاده کند.

دکتر Cheng افزود:

ممکن است ایمنی در تماس در کاربردهای صنعتی اهمیت چندانی نداشته باشد. اما در زمینه‌هایی مثل مراقبت و پرستاری، ربات‌ها باید برای تماس بسیار نزدیک با مردم طراحی شده باشند.

پوست مصنوعی برای ربات ها، با الهام از سامانه های زیستی

همه کاره و قوی

سامانه‌ی پوستی ربات Cheng و همکاران، همچنین بسیار مقاوم و چندمنظوره است. از آنجا که این پوست مصنوعی از چندین سلول‌ تشکیل شده است و ماده‌ای یک تکه‌ نیست، اگر برخی از سلول‌ها کار خود را متوقف کنند، عملکرد کلی پوست همچنان باقی می‌ماند.

دراین مورد Cheng‌ گفت:

سامانه‌ی ما بگونه‌ای طراحی شده است که بدون دردسر و خیلی سریع با انواع ربات‌ها کار کند. هم‌اکنون در حال تلاش برای ساخت سلول‌های پوستی کوچکتر و با پتانسیل تولید در تعداد بالاتر هستیم.


بیشتر بخوانیم:
پوست مصنوعی گامی رو به جلو برای افزایش کارایی دست‌های مصنوعی
اندامهای مصنوعی می‌توانند با پوست مصنوعی حس را به شما بازگردانند
ساخت پوستی مصنوعی که موجب بهبود توانبخشی و واقعیت مجازی میشود


منبع: techxplore
«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی) مجاز است.»

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *