Новая электронная кожа позволяет роботам чувствовать боль и реагировать мгновенно

Если вы случайно коснетесь горящего предмета, вы отдернете руку до того, как мозг сознательно обработает происходящее.

Этот рефлекс, опосредованный спинным мозгом, является важнейшей биологической защитой от серьезных травм.

До сих пор роботы не обладали этой способностью; любой стимул должен был передаваться в их центральный процессор (ЦП), анализироваться и преобразовываться в команду движения — задержка, которая в реальном мире могла означать разрушение дорогостоящего компонента или аварию.

Столкнувшись с этой проблемой, группа ученых в Китае сделала исторический шаг к созданию более безопасных и «сознательных» машин. Согласно исследованию, опубликованному в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), они разработали нейроморфную роботизированную электронную кожу (ERN-skin), которая позволяет человекоподобным роботам чувствовать прикосновение, обнаруживать повреждения и даже испытывать роботизированную версию боли, чтобы реагировать инстинктивно.

Архитектура, вдохновленная человеческой нервной системой.

Кожа ERN — это не просто участок с датчиками давления. Ее четырехслойная конструкция имитирует иерархию человеческой нервной системы.

Верхний слой действует как защитный эпидермис, а под ним находятся цепи, функционирующие как искусственные нервы. Система работает за счет непрерывного потока информации.

Каждые 75–150 миллисекунд кожа посылает крошечный электрический импульс в центральный процессор робота.

Пока этот импульс поддерживается, робот «знает», что все в порядке. Если кожа порезана или повреждена, импульс немедленно прерывается, что позволяет роботу точно определить место раны и предупредить систему о необходимости технического обслуживания. Однако технология не ограничивается самодиагностикой; её истинное отличие заключается в управлении интенсивными раздражителями. Когда кожа получает обычное прикосновение, она посылает сигналы в центральный процессор для обычной обработки.

Но когда сила удара превышает заданный пороговый уровень — который система интерпретирует как боль — кожа генерирует высоковольтный импульс, который передаётся непосредственно к двигателям манипулятора.

Обходя обработку данных центральным процессором, робот мгновенно генерирует локальный рефлекс, отводя конечность от источника повреждения за миллисекунды, точно так же, как это сделал бы человек.

«Наша электронная кожа имеет архитектуру, вдохновленную нейронными сетями, которая обеспечивает высокоточное тактильное восприятие, активное обнаружение боли и травм с помощью локальных рефлексов, а также быстрое модульное восстановление», — объясняют авторы в своей статье в PNAS.

По словам исследователей, этот прогресс имеет фундаментальное значение для следующего поколения роботов-помощников, которым потребуется безопасно взаимодействовать в домах и больницах.

Модульный ремонт в стиле Lego.

Помимо своих сенсорных возможностей, оболочка ERN решает одну из самых больших проблем современной робототехники: техническое обслуживание. Благодаря конструкции на основе магнитных элементов, оболочка является модульной.

Если какой-либо участок необратимо поврежден, пользователь может просто отсоединить поврежденную часть и прикрепить новую за считанные секунды, подобно тому, как собираются детали конструктора Lego.

Следующим шагом для исследователей станет повышение чувствительности кожи, что позволит роботам обрабатывать множество тактильных стимулов одновременно, не вызывая путаницы, и приблизит их к подлинно человеческому взаимодействию с физическим миром.

источник