Sztuczna skóra, która wyczuwa temperaturę, ciśnienie i może wysyłać sygnały znacznie szybciej niż ludzki układ nerwowy. Taką powłokę – wynalazek naukowców z Singapuru – mogą wkrótce zyskać roboty i urządzenia protetyczne.

Benjamin Tee z National University of Singapore i jego współpracownicy stworzyli sztuczną skórę składającą się z czujników umieszczonych wewnątrz warstwy tworzywa sztucznego, które mogą wykrywać ciśnienie, dotyk i temperaturę. Wszystkie te sensory składają się na sztuczny system nerwowy, który wykazuje niesłychaną szybkość reakcji.

Nowy elektroniczny system skóry ma bardzo wysoką czułość i odporność na uszkodzenia i może być łączony z dowolnym rodzajem sztucznej powłoki. Wszystkie czujniki są połączone ze sobą za pomocą jednego przewodu, co oznacza, że ​​pomiary z całej skóry docierają w tym samym czasie.

Rezultaty prac zespołu prowadzonego przez Tee zostały opublikowane na łamach pisma „Science Robotics”.

– Większość systemów elektronicznych jest synchronicznych, co oznacza, że ​​muszą skanować każdy czujnik jeden po drugim – powiedział Tee. – Skanowanie każdego czujnika po kolei wymaga czasu. Jeśli masz 1000 czujników, a skan każdego zajmuje 1 milisekundę, to cała operacja zajmie 1 pełną sekundę – dodał.

Takie podejście zaowocowało bardzo szybką reakcją. Sztuczna skóra opracowana przez zespół Tee jest około 1000 razy szybsza w wysyłaniu sygnałów niż nerwy w ludzkiej skórze. – Kiedy na przykład dotykamy filiżanki kawy, nasza skóra natychmiast wysyła sygnały do naszych mięśni i mózgu w celu przetworzenia. Informacje są przesyłane nerwami – wyjaśnił Tee.

– Ludzie używają zmysłu dotyku do wykonywania niemal każdej codziennej czynności, jak podniesienie kubka czy uścisk dłoni. Bez zmysłu dotyku stracilibyśmy nawet poczucie równowagi podczas chodzenia. Podobnie roboty muszą mieć poczucie dotyku, aby lepiej współdziałać z ludźmi. Jednak te nadal nie potrafią dobrze wyczuwać obiektów – przyznał Tee.

By zbudować system ACES (Asynchronous Coded Electronic Skin), bo tak nazywa się sztuczna skóra, badacze podglądali działanie ludzkiego obwodowego układu nerwowego. Potrzebowali półtora roku, aby opracować system sensorów, który potencjalnie mógłby działać lepiej. Podczas gdy elektroniczny system nerwowy ACES wykrywa sygnały, tak jak ludzki układ nerwowy, w przeciwieństwie do niego przesyła sygnały za pomocą pojedynczego przewodu. Jak już wcześniej wspomniano, to zupełnie inne podejście niż w istniejących skórach elektronicznych, które mają złożone systemy okablowania, co czyni je podatnymi na uszkodzenia i trudnymi do skalowania.

– Ludzki obwodowy układ nerwowy jest niezwykle skuteczny i działa cały czas. Jest również bardzo odporny na obrażenia. Na przykład nasz zmysł dotyku nie ulega zmianie, gdy doznamy urazu. Jeśli uda nam się naśladować działanie naszego systemu biologicznego i uczynić go jeszcze lepszym, możemy doprowadzić do ogromnych postępów w dziedzinie robotyki, gdzie stosowane są głównie skóry elektroniczne – ocenił uczony.

ACES może wykryć dotyk ponad 1000 razy szybciej niż ludzki układ czuciowy. Na przykład jest w stanie rozróżnić fizyczny kontakt między różnymi czujnikami w czasie krótszym niż 60 nanosekund. To najszybszy w historii system elektronicznej skóry. Skóra z obsługą ACES może również dokładnie określić kształt, teksturę i twardość obiektów w ciągu 10 milisekund, dziesięć razy szybciej niż mrugnięcie oka. Jest to możliwe dzięki wysokiej dokładności i szybkości przechwytywania systemu ACES.

System ACES może być również zaprojektowana tak, aby osiągnąć wysoką odporność na uszkodzenia fizyczne, ważną właściwość dla skór elektronicznych, które wchodzą w częsty fizyczny kontakt ze środowiskiem.

Sztuczna skóra ma prosty system okablowania i niezwykłą szybkość reakcji nawet przy rosnącej liczbie czujników. Te kluczowe cechy ułatwią skalowanie systemu do zastosowań sztucznej inteligencji w robotach czy urządzeniach protetycznych.

– Skalowalność ma kluczowe znaczenie. Potrzeba dużych powierzchni wysokowydajnych skór elektronicznych do pokrycia robotów i urządzeń protetycznych – przyznał Tee. – To ma potencjał, aby znacznie uprościć i umożliwić robotom posiadanie skóry całego ciała, tak jak ludzie – dodał.

 

 

 

Źródło: National University of Singapore, DziennikNaukowy, Benjamin C.K. Tee/National University Of Singapore