Умные сенсоры для умных роботов: они учатся трогать мир

Сегодня роботы могут делать почти всё: управлять заводами, собирать машины, даже варить кофе. Однако, есть кое-что, что они не могут — осязать.

Как объяснить роботу, что он дотронулся до чего-то мягкого или твёрдого, чтобы он не поломал хрупкую деталь? Именно для таких задач учёные работают над созданием гибких сенсоров, которые научат роботов осязать мир вокруг них.

Этим активно занимается команда исследователей из Университета Решетнёва.

Почему осязание важно

Представьте, что вы пытаетесь завязать шнурки, но совершенно не чувствуете, как сильно тянете за них. Велика вероятность, что вы их порвёте.

Или ещё хуже — представьте, что у вас нет чувства осязания, и вы не чувствуете горячие предметы. Это, как минимум, небезопасно.

Вот и для роботов критично ощущать тактильные взаимодействия, чтобы они могли безопасно работать с различными предметами и «чувствовать» объекты.

Что такое гибкие сенсоры?

Сначала давайте посмотрим, с какими проблемами сталкиваются роботы, когда дело касается осязания. На первый взгляд кажется, что современные роботы уже умеют что-то распознавать через прикосновение, но на деле всё не так просто.

Большинство роботов могут регулировать только силу нажатия, а этого мало. Для полноценного «осязания» нужно больше — понимание точного места нажатия, угла и даже характера взаимодействия с объектом.

То есть, когда робот дотронется до чего-то, он должен понимать, как объект движется, скользит или деформируется. И чем больше у него датчиков, тем точнее будет эта информация.

Создать такую «смарт-кожу», которая состоит из сотен, а может, и тысяч сенсоров, — очень непростая задача. К примеру, датчики, которые используются в обычных электронных весах, могут распознавать силу нажатия, но работают они медленно и не подходят для задач, где нужны быстрые реакции.

Есть и другие технологии, например, ёмкостные сенсоры, которые используются в тачскринах смартфонов. Опять же, у этих решений есть свои ограничения, особенно когда нужно интегрировать их в гибкие материалы.

И вот здесь в дело вступает команда из Университета Решетнёва — они разрабатывают гибкие сенсоры на основе магниточувствительных полимерных композитов, которые могут адаптироваться под условия и легко встраиваются в мягкие и гибкие материалы.

Звучит сложно? На самом деле всё не так уж страшно.

Гибкие сенсоры — это, по сути, специальные устройства, которые можно интегрировать в роботов, чтобы они могли ощущать давление, текстуру или силу, с которой нужно действовать.

Внутри этого сенсора есть умные материалы, которые могут реагировать на магнитные поля. Когда сенсор касается какого-то объекта, он может передавать данные о том, как изменяется магнитное поле, и таким образом робот понимает, что происходит.

Кто занимается этой разработкой?

Работа над гибкими сенсорами — часть крупного проекта в рамках программы «Приоритет 2030». За разработкой стоит целая команда, которая объединилась в Университете Решетнёва. Ведущий специалист в этой сфере — Таисия Шалыгина.

Она руководит проектом, который ставит своей целью вывести робототехнику на новый уровень — сделать так, чтобы роботы умели ощущать контакт, идентифицировать поверхности и взаимодействовать с ними безопасно.

Команда работает с начала 2024 года, и уже в декабре они готовы представить свои первые прототипы. В разработке участвуют не только учёные, но и инженеры, и даже студенты.

Например, младший научный сотрудник Александр Дудник разрабатывает всю электрическую начинку сенсоров и блоки управления, а Никита Донской, студент 2 курса, отвечает за полимерные умные материалы, из которых делаются сенсоры.

Все вместе они междисциплинарная команда, где каждый знает своё дело.

Где пригодятся роботы с осязанием?

Теперь самое интересное: для чего вообще нужно роботу чувствовать прикосновения (ну кроме того, чтобы не сломать любимый сервиз вашей бабушки)?

На самом деле сфера применения достаточно широкая. Одной из ключевых областей является медицина: представьте себе хирурга, который проводит операцию, находясь в другой стране (удалённо). Да, это возможно с использованием роботов.

Но вот проблема — хирургу не всегда хватает точной информации о том, как сильно давит робот на ткани пациента. Если сенсоры будут достаточно чувствительными, то робот сможет ощущать всё так же, как и человек, и тогда операции станут безопаснее.

Кроме того, такие сенсоры пригодятся в промышленности. Когда речь идёт о сборке сложных и хрупких приборов, крайне важно точно контролировать силу захвата. Если робот сможет адаптировать своё поведение к форме и материалу деталей, производство станет ещё более точным и быстрым.

Прямо сейчас АО «Решетнёв» думает над тем, как увеличить производство спутников в сотни раз. Вручную так собирать невозможно — для этого нужен огромный штат, поэтому планируется роботизировать все процессы. А роботы и работают быстрее, и при монтаже ошибаться не будут.

И всё это на самом деле только первый шаг к будущему, где роботы смогут чувствовать мир так же, как и мы. Конечно, пока рано говорить, что они смогут ощущать прикосновения на том же уровне, что и человек, но то, что уже есть — вполне себе инновация.

Развитие сенсорики откроет двери для новых сфер применения роботов — от медицины до космоса. Будем ждать, когда роботы с тактильными сенсорами будут выполнять самые точные и сложные задачи, что сделает их незаменимыми помощниками для людей.

Кто знает, возможно, через несколько лет мы будем доверять роботу не только починку автомобиля, но и проведение операций или сборку самых сложных устройств. Или робот-няня, как вам такое?

И всё это благодаря тому, что роботы научатся чувствовать так же, как и мы.