پوستی مخصوص ربات‌ها

با افزایش توانایی روبات‌ها و استفاده آن‌ها از توانایی‌های بینایی و شنوایی، پژوهشگران درتلاشند احساس لامسه را نیز به این ماشین‌ها بیافزایند. پوست مصنوعی، یکی از تازه‌ترین دستاوردهای روباتیک به شمار می‌رود.

شاید پوست یکی از تعیین کننده‌ترین معیارها برای زیبایی باشد ، اما برای روبات‌ها طراحی یک پوست کارآمد می‌تواند نقش مهمی در مقبولیت آن‌ها در اجتماع بازی کند. یک پوشش حساس به تماس می‌تواند از آسیب وارد کردن تصادفی این روبات‌ها به دیگران پیشگیری کند.

به گزارش نیوساینتیست، در ماه می / اردیبهشت ، تیمی از موسسه تکنولوژی ایتالیا، آی.آی.تی در جنوآ اولین پوست حساس به لمس را که برای روبات انسان‌نمای iCub طراحی شده است به آزمایشگاه‌های سراسر اروپا خواهد فرستاد. آی.آی.تی و شرکایش توانسته‌اند سنسورهای قابل انعطافی را بسازند که روبات‌ها را قادر به لمس دنیای اطرافشان می‌کند.

جورجیو متا دانشمندان روبوتیک در آی.آی.تی در این باره گفت: «پوست یکی از تکنولوژی‌هایی بود که کمبود آن در روبات‌های انسان‌نما احساس می‌شد. یکی از اهداف ساخت این روبات‌ها ارتباط آسان و نزدیک با انسان است. اما این موضوع زمانی امکان‌پذیر است که روبات از آن‌چه توسط اعضای موتوری قدرتمندش لمس می‌کند، آگاه باشد».

پوستی از سیلیکون

متخصصان روباتیک تاکنون روش‌های متعددی را امتحان کرده‌اند تا بتوانند یک پوست حسگر بسازند. در نمونه‌های اولیه مانند روبات CB2 که در دانشگاه اوزاکای ژاپن طراحی شده، چند صد سنسور داخل یک پوست سیلیکونی قرار گرفت.

ریچارد واکر از موسسه Shadow Robot واقع در لندن گفت: «اکنون روش‌های بسیار زیادی برای حس کردن در حال پدیدار شدن هستند. اما تا زمانی که این روش‌ها روی روبات‌های متعددی آزمایش نشوند، نمی‌توان گفت کدام یک از آن‌ها برای چه کاربردی مناسب هستند».

متا می‌گوید: «علاوه بر این ، معیارهای زیادی وجود دارد که باید در پوست وجود داشته باشد. برای مثال پوست باید قابل انعطاف باشد، مساحت زیادی را بپوشاند و قادر باشد حتی کوچک‌ترین تماس‌ها را در هرجایی روی خود تشخیص دهد».

iClub

یک روبات انسانن‌ما و در اندازه یک کودک سه و نیم ساله است. بودجه این پروژه توسط کمیسیون اروپا تامین شده است. خصوصیات تکنیکی iCub کاملا متن باز بوده و تاکنون بیش از 15 آزمایشگاه در سراسر اروپا نمونه‌های خود از این روبات را ساخته‌اند. بنابراین آی.آی.تی برای تست کردن پوست طراحی شده خود روبات‌های زیادی در اختیار خواهد داشت.

این پوست از بوردهای مثلثی شکل قابل انعطافی ساخته شده که مدارهای الکتریکی روی آن چاپ شده است . این بوردها به عنوان سنسور عمل کرده و قسمت زیادی از بدنه iCub را می‌پوشاند. هر مثلت قابل انعطاف 3 سانتی‌متر است و دارای 12 اتصال مسی خازنی است. بین این بردها و لایه خارجی که از جنس لیکراست و یک تماس فلزی بین هر کدام از این اتصالات مسی برقرار می‌کند، یک لایه لاستیک سلیکونی به عنوان جدا کننده قرار می‌گیرد . لایه لیکرا و مدارهای قابل انعطاف دو طرف خازن‌های حس کننده فشار این پوست را تشکیل می‌دهند.

با این شیوه طراحی ، 12 پیکسل لمسی یا taxel در هر مثلث حس خواهد شد. این دقت taxel می‌توان الگوهایی مانند چنگ انسان را روی بازوی روبات تشخیص داد.

این روبات می‌تواند فشاری به اندازه وزن یک گرم را روی هر taxel حس کند. هم‌چنین این پوست به سنسورهای حس کننده دما که از نیمه‌رساناها ساخته شده‌اند نیز مجهز است. قرار است اولین نمونه از این پوست در ماه می / اردیبهشت ارائه شود.

آی. آی. تی همچنین تصمیم دارد یک لایه از پلیمر پیزوالکتریک یا PVDF به این پوست اضافه کند. زیرا سنسورهای خازنی فقط فشار مطلق را اندازه‌گیری می‌کنند، اما PVDF‌ها در هنگام تغییر شکل بر اثر تماس ولتاژی تولید می‌کنند که از آن می‌توان برای تخمین نرخ تغییرات فشار استفاده کرد.

بنابراین اگر یک روبات نوک انگشتش را روی یک سطح بکشد ، می‌توان با کمک لرزشی که در اثر اصطحکاک تولید می‌شود جنس سطح را حدس زد. با چنین حساسیتی می‌توان تخمین زد که چه میزان نیرو برای بلند کردن اشیا مختلف مانند یک بشقاب چینی لغزنده لازم است.

پوست کوانتومی

فیلیپ تیسام، رئیس شرکت بریتانیایی پراتک در شمال یورک شایر چندان علاقه‌ای به پوست‌های حسگر که با خازن‌ها ساخته شده‌اند ندارد ، چرا که معتقد است بر اثر استفاده پی در پی ، این پوست‌ها حساسیت خود را از دست می‌دهند.

پراتک در عوض یک ماده الاستیک و کشی را به نام کامپوزیت تونلی کوآنتومی QTC معرفی کرده است. این محصول از یک لایه پلیمری مانند لاستیک سیلیکونی تشکیل شده که توسط نانوذرات میخی نیکل پر شده است. یک ولتاژ در سراسر این پوست منتشر می‌شود و زمانی که فشرده می‌شود، همراه با کوچک شدن پلیمر ، فاصله بین نانوذرات تغییر پیدا کرده و باعث جریان پیدا کردن الکترون‌ها یا تونل شدن آن‌ها از یک نانوذره به ناحیه بعدی که در حال لمس شدن است می‌شود. مقاومت الکتریکی این ماده سریعا کاهش پیدا می‌کند و به نسبت نیرویی که به سطح وارد شده، می‌توان میزان تماس را اندازه‌گیری کرد.

در آزمایشگاه رسانه‌ای موسسه تکنولوژی ماساچوست، ام.آی.تی، آدام ویتسون در حال ساخت یک پوست حس‌گر مبتنی بر QTC برای شرکت‌های روبات‌سازی تجاری است. اما به جای استفاده از یک پوست سخت و چسبان ، ویتون از یک پوشش رهاتر استفاده کرده که بیشتر شبیه به لباس است.

اما قابلیت‌های شگفت‌انگیز دیگری نیز می‌تواند توسط QTC‌ها پیاده‌سازی شود . برای مثال می‌توان از QTC به عنوان یک بینی الکتریکی استفاده کرد.

در صورتی که پلیمر اصلی به درستی انتخاب شود، می‌توان از واکنش‌هایی که بین گازهای فرار شیمیایی در فضا انجام می‌شود استفاده کرده و به این ترتیب می‌توان یک بینی الکتریکی طراحی کرد که قادر است برای مثال نشت گاز را در خانه تشخیص دهد. وینتون در این باره گفت : این بدان معناست که ما می‌توانیم قابلیت‌هایی به روبات‌ها اضافه کنیم که پوست خودمان قادر به انجام آن نیست.

البته این بدین معنا نیست که پوست ما در ساخت این تکنولوژی‌های جدید تاثیرگذار نبوده است. Shadow Robot به زودی آزمایش یک سرانگشت حساس به لمس شبیه به انسان را در پایگاه راه‌اندازی Syntouch در کالیفرنیا آغاز می‌کند.

این سرانگشت از یک کیسه پر از مایع تشکیل شده است که درست مانند یک انگشت واقعی به نظر می‌رسد و مجهز به سنسورهایی است که می‌توان لرزش ، فشار و دما را اندازه‌گیری کند.

به هر حال هر کدام از این تکنولوژی‌ها که با موفقیت بیشتر همراه شد، پوست‌های حس‌گر روبات‌ها می‌تواند به ما در ارتباط بهتر با این یاران انسان‌نمای آینده کمک کند.