Фахівці в робототехніці і суміжних галузях сучасних технологій знаходяться в перманентному пошуку рішень постачання механічних «організмів» електронною шкірою. Сьогодні всі вони стикаються з однією і тією ж проблемою-необхідністю зробити традиційно тверді статичні мікросхеми еластичними. Електронна шкіра потрібна роботизованим системам по ряду самих різних очевидних і не дуже причин. Найпростіша-зробити електроніку більш привабливою і, якщо так можна висловитися, людяною. Втім, у електронної шкіри є й інші сценарії використання, найцікавіші з яких хочеться обговорити.

Щоб роботи стали буденною частиною людського життя, вони повинні бути схожі на людей. Цю думку наочно доводить один з найвідоміших людиноподібних роботів під назвою «софія» виробництва hanston robotics. На початку 2017 року світ вразив його живий виступ на форумі «інвестиційна ініціатива майбутнього» (future investment initiative) в саудівській аравії. Що цікаво, саме це роботизоване диво вперше в історії людства отримало громадянство конкретної країни. Поверх механізмів у “софії” якраз використовується електронна шкіра, яка відповідає за міміку.

Електронна шкіра допоможе в фіксації дотиків людини

Роботи, які використовуються у виробничих процесах на промислових підприємствах, зараз найчастіше ізольовані від людей. Вся справа в тому, що вони в масі поки не сприймають зіткнення з перешкодами, тому можуть бути небезпечні для людини. Ситуацію повинна вирішити електронна шкіра – наприклад, відносно простий варіант airskin, який компанія blue danube robotics показала ще в кінці 2017 року. Він являє собою систему балонів, наповнених повітрям, з датчиками тиску. Коли воно змінюється при дотику, робот зупиняє виконання технологічної операції.

Шкіра стане в нагоді для коректного переміщення в просторі

Щоб переміщатися по навколишньому світу і всіляко взаємодіяти з ним, людина використовує не тільки зорову систему, але і цілий ряд інших рецепторів. Аналогічний механізм на додаток до комп’ютерного зору для роботів можна реалізувати за допомогою електронної шкіри. У національному університеті сінгапуру якраз розробляють щось подібне. Фахівці намагаються реалізувати і запустити в маси асинхронно кодовану електронну шкіру, яка покликана фіксувати будь-які механічні пошкодження. Інженери обіцяють, що їх розробка буде в 1000 разів ефективніше людської шкіри.

Електронна шкіра з електропровідністю допоможе в управлінні

Електронна шкіра також може стати в нагоді для спрощення процесу управління роботами. У неї можна інтегрувати спеціальний сенсорний шар, який буде реагувати на дотики і віддавати за допомогою них всілякі команди машині. Ще в 2011 році в мережі з’являлися наукові матеріали про розробку чогось подібного вченими зі стенфордського університету. Вони придумали прозорий матеріал, в який інтегровані спеціальні провідні струм пластини. За великим рахунком, їх варіант електронної шкіри містить практично точно такий же шар, як в сучасних смартфонах з сенсорним екраном.

Приблизно так може виглядати електронна шкіра з інтегрованим сенсорним шаром | new atlas

Електронна шкіра потрібна для контролю зусилля рухів робота

В кінці 2018 року вчені з китайської академії наук опублікували дослідження, яке стосується розробки електронної шкіри з можливістю відчувати прикладене до неї зусилля. Подібний варіант покриття роботизованих систем необхідний для того, щоб контролювати силу стиснення чого-небудь і міняти її. Це потрібно, щоб машина могла маніпулювати з будь-якими відносно крихкими предметами. Разом з нею робот, за великим рахунком, зможе безпечніше взаємодіяти з дотиками людини, не завдаючи йому шкоди. Це-важливий крок у розвитку людиноподібних домашніх помічників.

щоб робот міг безпечно доторкнутися до людини, він неодмінно повинен фіксувати силу цієї дії / hitechglitz

В шкіру можна вбудувати цілий ряд допоміжних датчиків

У 2019 році команда з мюнхенського технічного університету розповіла про свою нову розробку. Вона створила людиноподібного робота, велика частина поверхні якого покрита спеціальними шестикутними осередками 2,5 сантиметра в діаметрі. Кожна з них містить в собі масу датчиків, які допомагають роботу не тільки відчувати дотик, але і орієнтуватися в просторі, фіксуючи об’єкти, розташовані навколо. У всіх цих осередках також є спеціальний мікропроцесор, який обробляє дані і передає їх для фінального опрацювання в центральну систему.

настільки велике число датчиків в людиноподібному роботі компактного розміру раніше не використовувалося | clubic

Штучна шкіра навчиться імітувати нервову систему

Однією з функцій нервової системи людини є вибіркове використання інформації, яку здатні зібрати рецептори в різних системах організму. Це потрібно для того, щоб нівелювати можливу перевантаження мозку і сконцентруватися тільки на тому, що дійсно важливо в даний момент часу. Щось подібне команда з мюнхенського технічного університету реалізувала і в своїй розробці. Комірки з масою допоміжних датчиків не передають абсолютно всю зібрану інформацію в центральну обчислювальну систему. Замість цього вони обмежуються лише тією, яка важлива прямо зараз.

осередки, які тут виділені червоним, можна вважати умовно активними-інші чекають своєї години, що імітує роботу нервової системи людини | cgtn

Електронна шкіра допоможе захистити внутрішні компоненти

Електронна шкіра потрібна роботу не тільки для того, щоб захистити людину. Вона також знадобиться машині, щоб тримати в безпеці свої неймовірно дорогі внутрішні компоненти. За допомогою значного числа різних датчиків вона допомагає механізму орієнтуватися в просторі, відчувати дотики, а також контролювати силу прикладених зусиль. За ідеєю, вона повинна допомогти роботу уникнути поломок навіть в тому випадку, якщо в нього закладений свідомо помилковий алгоритм руху. Це заощадить масу коштів і прискорить розвиток індустрії.

Контроль дотиків і орієнтація робота в просторі допоможе, в тому числі, захистити його від потенційно небезпечного оточення | qled

Електронну шкіру можна відновити при пошкодженнях

Повертаючись до питання захисту від пошкоджень, також слід врахувати і можливість ремонту електронної шкіри після будь-якого невдалого контакту з навколишнім світом. Вчені з університету колорадо, наприклад, придумали спеціальний механізм відновлення матеріалу, з якого має виготовлятися верхнє покриття людиноподібних роботів. Для цього на пошкоджену ділянку шкіри їх виробництва потрібно нанести поліімін і, якщо це можливо, нагріти поверхню до 80 градусів. На подібне “лікування” знадобиться від 10 до 30 хвилин часу, і слідів пошкодження залишитися не повинно.

людська шкіра може відновлюватися після пошкоджень, і щось подібне точно знадобиться її електронному аналогу / phys

Електронна шкіра також потрібна для реалістичних протезів

Вкрай важливо розуміти, що електронна шкіра з усіма описаними вище потенційними фішками безумовно знадобиться не тільки для роботів, але і для роботизованих протезів. Сьогодні механічні моделі також не особливо придатні для взаємодії з крихкими предметами — на це звертають увагу інженери з колорадського університету в боулдері. Вони впевнені, що, якщо, наприклад, обтягнути протез руки чутливою до дотиків електронною шкірою, людині стане простіше взаємодіяти з предметами — пропаде ризик упустити той же стакан з водою або випадково розчавити його.