У роботов будет кожа лучше человеческой

Наша кожа обладает невероятными возможностями, например, она может чувствовать легкое дуновение ветерка от пролетевшей мимо пчелы и прикосновение тончайших ног комара. Удивительные осязательные способности нашего кожного покрова очень востребованы в робототехнике, но до сих пор успехи в этой области были весьма умеренными. В основном современные роботы используют набор специальных тензорных датчиков, но ими весь корпус автомата не покроешь, а значит аккуратный в движениях рук и пальцев робот может, например, запросто ударить или повредить что-либо корпусом или легкомысленно забраться в такое место, откуда ему не выбраться.

Все попытки создать из органических материалов аналог нашей кожи не увенчались особым успехом, поскольку они являются плохими полупроводниками и ими трудно управлять.

Готовая активная матрица образца из Беркли

Ученые из Калифорнийского университета в Беркли выбрали другой, очень перспективный и распространенный нынче метод создания аналогов живой ткани – нанотехнологии. Они вырастили германиевые и кремниевые нанопровода на специальном барабане, а затем провели этим "валиком" по подложке - клейкой полиамидной пленке. Набор нанотранзисторов, размещенных на гибкой подложке, определяет и локализует давление. Технология позволяет использовать для подложки множество материалов: пластик, резину, стекло, бумагу, включать в нее молекулы различных веществ, например, антибиотиков.

В ходе опыта ученые получили гибкую матрицу площадью 49 см², которая могла ощущать давление от 0 до 15 кПа, что сравнимо с силой удара пальцев по клавиатуре или удержанием небольшого предмета. Такая чувствительность, например, позволила бы роботу запросто обращаться с куриным яйцом, не уронив его и не раздавив. Искусственная электронная кожа из Беркли, как и человеческая, "ощущает" прикосновение почти мгновенно (в течение миллисекунд) и может полностью покрывать манипулятор робота или даже больше – зависит только от размеров барабана. Опытный экземпляр требует напряжение всего 5 вольт и, помещенный на резиновую подложку, выдерживает 2 тыс. сгибаний.

Перуанская бабочка на матрице из Стенфорда

Ученые из Стенфордского университета применили другой подход. Они поместили между двумя тончайшими электродами слой высокоэластичной формованной резины. Резиновая пленка накапливает электрические заряды как аккумулятор. Давление сжимает резину, что в свою очередь изменяет количество электрических зарядов. Этот процесс позволяет обнаружить легчайшее прикосновение – ученые использовали в качестве "датчика" синюю мясную муху (Calliphora erythrocephala). В ходе этих экспериментов квадратная матрица со стороной в 7 см и толщиной всего 1 мм "чувствовала" посадку мух весом 20 мг и могла реагировать на касания с высокой скоростью. Гибкость и прочность матрицы очень высоки благодаря соответствующим характеристикам резиновой прокладки. Ее нельзя растягивать, но можно сгибать, например, обернуть ею цилиндрическую руку робота. Под микроскопом матрица похожа на поле, усеянное остроконечными пирамидами, что позволяет исследователям надеяться, что удастся создать "кожу", которая будет еще более совершенна, чем наша – с возможностью определять форму даже самого миниатюрного объекта.

Два образца долгожданного тактильного сенсорного материала обладают своими преимуществами, их комбинация может дать робототехнике уникальные инструменты. Так, сверхгибкий образец из Беркли можно оснастить датчиками тепла, радиоактивности, химических веществ, покрыть лекарствами и использовать на "пальцах" роботов-хирургов или спасателей, а прочный материал из Стэнфорда как нельзя лучше подойдет для кистей, хватательных участков "силовых" тяжелонагруженных манипуляторов и остального корпуса робота.

Сфера применения таких материалов очень широка – фактически это весь тонкий ручной труд, который до сих пор был недоступен "бесчувственным" роботам. Кроме того, станут ненужными видеокамеры и сенсоры для контроля габаритов и некоторые узкоспецифичные роботы, вроде автоматов для работы под завалами или в аналогичных труднодоступных местах, могут лишиться своей нынешней формы змей или тележек и обрести более удобные, например, эластичного шара со щупальцами.

И главное – наконец роботы смогут жить и работать бок о бок с людьми, которым не придется бояться, что машина случайно нанесет травму или сломает какую-либо домашнюю утварь.