- Umělá kůže pro roboty přináší novou úroveň vnímání dotyku
- Je vyrobená z hydrogelu, díky kterému je pružná podobně jako lidská kůže
- Díky speciální struktuře dokáže vnímat nejenom doteky, ale i poranění
Dokážete si představit, že robot jemně sevře v ruce rajče či vajíčko, aniž by ho rozmačkal, nebo rozezná, jestli se dotkl horkého povrchu? Pro většinu lidí se jedná o běžné situace, které naše nervová soustava zvládá naprosto automaticky. Ale u robotů šlo donedávna o sci-fi. Přesně dávkovat sílu, poznat, co je pod prsty, a rychle zareagovat na změny okolí. Právě na tento problém se zaměřili britští vědci z univerzit v Cambridge a Londýně. Jejich nová „kůže pro roboty“ otevírá dveře zcela nové úrovni vnímání a komunikace mezi strojem a světem kolem něj.
Výzkumníci vyvinuli měkkou, pružnou a vodivou pokožku, kterou lze snadno navléknout na robotickou ruku podobně jako rukavici. Tato umělá kůže není jen pasivní obal, celý její povrch je živým senzorem. Zatímco dosavadní technologie používaly různé senzory zabudované na vybraných místech prstů, tady je to obráceně. Senzor tvoří celý materiál. A právě to přináší zásadní zjednodušení výroby, lepší citlivost i univerzálnost.
Samotný základ této umělé pokožky je opravdu pozoruhodný. Vědci využili speciální typ hydrogelu, který je tvořen převážně vodou, ale obsahuje i příměsi, které z něj dělají elektricky vodivý materiál. Tento gel se chová podobně jako přírodní želatina, je velmi měkký, poddajný a dá se natáhnout nebo stlačit, aniž by ztratil své unikátní vlastnosti. Právě díky tomu lze hydrogel jednoduše zpracovávat, může být odlíván, tvarován i opakovaně roztaven, což je velká výhoda oproti složitým elektronickým obvodům, které jsou v tradičních robotických prstech.
Jak vypadá umělá kůže?
Při samotné výrobě vědci hydrogel nejprve zahřáli do tekuté podoby, aby ho mohli nalít do přesné formy lidské ruky. Během tohoto procesu vzniká v materiálu síť miniaturních kanálků, které měří jen zlomek milimetru. Těmito kanálky mohou proudit elektrony i ionty, což umožňuje velmi citlivé zaznamenávání fyzikálních podnětů. Výsledkem je materiál, který v sobě skrývá přes 860 000 těchto „nervových drah“ – tedy zhruba tolik, kolik má člověk v jedné dlani nervových zakončení. Díky této husté síti dokáže pokožka reagovat na dotek v různých bodech, rozlišit tlak i teplotu a zachytit i velmi jemné změny v okolí.
Výzkumníci se při testování snažili napodobit nejrůznější situace, se kterými se může robotická ruka v běžném životě setkat. Umělou pokožku vystavili například prudkému zahřátí horkovzdušnou pistolí, aby ověřili, jak rychle dokáže detekovat teplo. Následovalo jemné hlazení prsty, aby zjistili citlivost na měkký kontakt, i pevné stisky robotickou rukou, které simulovaly manipulaci s předměty různých velikostí a tvrdostí. Zajímavé bylo i testování poškození, kdy vědci záměrně řízli do pokožky skalpelem. Každá tato akce vyvolala v hydrogelu zcela odlišnou elektrickou odezvu, takzvaný „signaturní vzorec“, který připomíná fungování našich nervových zakončení v kůži.
Sofistikovanost tohoto systému spočívá v tom, že ačkoliv pokožka generuje při každém dotyku ohromné množství dat, není nutné měřit každý jednotlivý kanálek zvlášť. Výzkumníci totiž umístili pouhých 32 elektrod na zápěstí, které snímají signály z celé ruky. Během experimentů tak získali přes 1,7 milionu datových bodů, které pak posloužily jako základ pro strojové učení. Pomocí těchto dat dokázali „naučit“ robotickou ruku, aby rozeznávala různé typy doteku: například jemný kontakt od silného stisku, změnu teploty od mechanického poranění nebo tlak rozložený na více místech zároveň.
Tento systém je natolik citlivý, že dokáže odlišit, jestli ruka drží vejce, které vyžaduje šetrné zacházení, nebo šroubovák, kde je naopak potřeba síla. Robot tak dokáže dynamicky upravit svůj stisk v reálném čase podle toho, co právě vnímá, což je pro bezpečnou spolupráci s lidmi i manipulaci s křehkými předměty naprosto zásadní. Zároveň platí, že veškerá data lze využít i zpětně, takže se celý systém v průběhu času stále zlepšuje a „učí se“ s každým dalším použitím.
Oproti lidské kůži má zatím tato technologie stále své limity. Bohužel nedokáže rozpoznat tolik detailů a reagovat tak rychle jako naše kůže. Přesto je to jeden z největších posunů v oblasti robotického vnímání za poslední roky. Další velkou výhodou je jednoduchá výroba a recyklovatelnost. Hydrogelovou pokožku lze jednoduše roztavit a znovu použít, takže je řešení i cenově dostupné.
Díky těmto vlastnostem může nová „kůže“ najít využití v továrnách, zdravotnictví i domácí péči. Pomůže robotům lépe spolupracovat s lidmi a vnímat svět nejen očima a kamerami, ale i „hmatem“. Už dnes se testuje v prostředích, kde je potřeba rozlišovat velmi jemné dotyky, nebo naopak rychle poznat nebezpečí, například v kontaktních sportech, při péči o seniory nebo při manipulaci s křehkými materiály.
