انقلابی در صنعت رباتیک: ربات‌های چینی اکنون می‌توانند با پوست الکترونیکی، درد را احساس کنند!

دانشمندان چینی از یک نوع پوست الکترونیکی (نورومورفیک) جدید رونمایی کردند که به ربات‌های انسان‌نما امکان می‌دهد تا اشیاء را لمس کنند، درد و آسیب را تشخیص دهند و در برابر تماس‌های خطرناک، واکنش‌های سریع نشان دهند.

با نزدیک‌تر شدن ربات‌ها به زندگی روزمره انسان‌ها، نیاز به تعامل ایمن و غریزی آن‌ها نیز بیش از هر زمان دیگری احساس می‌شود. اکنون به گزارش وب‌سایت InterestingEngineering، دانشمندان چینی موفق شده‌اند نوع جدیدی از پوست الکترونیکی را طراحی کنند که یکی از بزرگ‌ترین ضعف‌های ربات‌ها را برطرف می‌کند.

لمس انسانی با یک پوست الکترونیکی تک‌ماده‌ای

پژوهشگران چینی موفق شدند یک پوست الکترونیکی رباتیک نورومورفیک بسازند که به ربات‌های انسان‌نما اجازه می‌دهد لمس را احساس کنند، آسیب را تشخیص دهند و در برابر تماس‌های مضر، حرکاتی سریع و شبیه به واکنش‌های انسانی انجام دهند.

این پیشرفت که اکنون یکی از محدودیت‌های قدیمی در دنیای رباتیک را از بین برده، در راستای شباهت بیشتر این ربات‌ها به انسان‌ها صورت گرفته است. در واقع همانند زمانی که انسان به یک سطح داغ یا تیز دست می‌زند، اعصاب حسی سیگنال را مستقیماً به نخاع می‌فرستند و واکنش عقب‌کشیدن دست رخ می‌دهد، این پوست نیز سیگنال خطر آسیب دیدن را به پردازنده ربات می‌فرستد.

این موضوع باعث می‌شود تا از آسیب‌های جدی به ربات، جلوگیری شود و ربات‌ها در شرایط خطرناک، واکنشی همانند انسان داشته باشند.

مشکل ربات‌ها در واکنش سریع به خطر

ربات‌های انسان‌نما معمولاً به پردازش متمرکز متکی هستند. بدین صورت که داده‌های حسگرها باید به واحد پردازش مرکزی ارسال شوند، تحلیل شوند و سپس به فرمان‌های حرکتی تبدیل گردند.

بنابراین، حتی تأخیرهای بسیار کوتاه در این چرخه می‌تواند منجر به آسیب شود؛ به‌خصوص حالا که ربات‌ها دیگر فقط در محیط‌های صنعتی کنترل‌شده فعالیت نمی‌کنند و وارد فضاهای انسانی شده‌اند.

به همین دلیل، محققان معتقدند ربات‌ها به روش‌هایی غریزی‌تر و سریع‌تر برای تعامل با محیط اطراف خود نیاز دارند؛ قابلیتی که این پوست نورومورفیک جدید دقیقاً برای آن طراحی شده است.

فراتر از حس لمس ساده

از آنجایی که بیشتر پوست‌های رباتیکی فعلی صرفاً به‌عنوان حسگر فشار عمل می‌کنند و تنها می‌توانند تماس را تشخیص دهند، قادر نیستند شدت یا خطرناک بودن آن را درک کنند. اما پوست نورومورفیک رباتیک (NRE-skin) پا را فراتر گذاشته و شیوه پردازش اطلاعات حسی در پوست انسان را تقلید می‌کند.

این سیستم از یک معماری سلسله‌مراتبی الهام‌گرفته از شبکه‌های عصبی استفاده می‌کند که داده‌های لمسی را به قطارهایی از پالس‌های الکتریکی شبیه به سیگنال‌های عصبی انسان تبدیل می‌کند.

ساختار چهارلایه با توان تشخیص آسیب

این پوست الکترونیکی از چهار لایه تشکیل شده است. لایه بیرونی مانند اپیدرم انسان، نقش سطح محافظ را دارد.

در زیر آن، حسگرها و مدارهایی قرار گرفته‌اند که رفتاری شبیه به اعصاب حسی دارند و به‌طور مداوم فشار، نیرو و یکپارچگی ساختاری را پایش می‌کنند.

جالب اینکه حتی زمانی که تماسی وجود ندارد، پوست به‌طور دوره‌ای پالس‌های الکتریکی به پردازنده مرکزی ربات ارسال می‌کند تا نشان دهد سیستم به‌درستی کار می‌کند. اگر پوست دچار بریدگی یا آسیب شود، این پالس‌ها متوقف می‌شوند و ربات می‌تواند هم وقوع آسیب و هم محل آن را تشخیص دهد.

واکنش بدون فکر کردن در شرایط خاص

در شرایط عادی، هنگام تماس، پوست پالس‌های الکتریکی‌ تولید می‌کند که اطلاعات مربوط به شدت فشار را رمزگذاری می‌کنند و به‌صورت سیگنال برای تحلیل به پردازنده مرکزی ارسال می‌شوند.

اما اگر نیروی واردشده از یک آستانه از پیش تعیین‌شده (بازه خطر جدی) فراتر برود، سیستم مسیر متفاوتی را انتخاب می‌کند. در این حالت، یک سیگنال ولتاژ بالا مستقیماً به موتورهای ربات ارسال می‌شود و بدون نیاز به پردازش مرکزی، یک واکنش فوری مانند عقب کشیدن دست را فعال می‌کند.

ایمن‌تر، هوشمندتر و قابل تعمیر سریع

به گفته محققان، طراحی پوست نورومورفیک، به‌طور چشمگیری ایمنی ربات‌ها، کیفیت حس لمس و تعامل شهودی انسان-ربات را بهبود می‌بخشد. این پوست همچنان به‌صورت ماژولار و مغناطیسی طراحی شده تا بتوان در عرض چند ثانیه و بدون نیاز به تعمیرات زمان‌بر، جدا یا تعویض شود.

در همین رابطه بخوانید:

- کوچکترین ربات دنیا به اندازه یک دانه نمک ساخته شد [تماشا کنید]
- وحشتناک اما واقعی؛ هک ربات انسان نما تنها با گفتن یک کلمه

گام بعدی؛ لمس هم‌زمان در دنیای واقعی

بر اساس گزارش منتشرشده در Proceedings of the National Academy of Sciences، تیم تحقیقاتی اکنون روی افزایش حساسیت این سیستم کار می‌کند تا بتواند چندین نقطه تماس هم‌زمان را با دقت بالا پردازش کند. این قابلیت کلیدی اجازه می‌دهد تا ربات‌هایی که باید در محیط‌های پیچیده و غیرقابل پیش‌بینی انسانی فعالیت کنند، دقت بیشتر و درک بهتری از محیط داشته باشند.