Вязаный «свитер» действует как кожа для роботов

Вы можете поделиться этой статьей в соответствии с лицензией Attribution 4.0 International.

Новая «кожа» свитера машинной вязки может помочь роботам чувствовать контакт и давление.

«Мы можем использовать это, чтобы сделать робота умнее во время его взаимодействия с людьми», — говорит Чанлю Лю, доцент кафедры робототехники в школе компьютерных наук Университета Карнеги-Меллон.

Точно так же, как вязальщицы могут взять любую пряжу и превратить ее в носок, шапку или свитер любого размера и формы, вязаная ткань RobotSweater может быть адаптирована к неровным трехмерным поверхностям.

«Вязальные машины могут формировать пряжу в неплоских, изогнутых или комковатых формах», — говорит Джеймс Макканн, доцент школы информатики, чьи исследования в последние годы были сосредоточены на производстве текстиля. «Это заставило нас задуматься, возможно, мы могли бы создать датчики, которые можно было бы разместить на изогнутых или неровных роботах».

После вязания ткань можно использовать, чтобы помочь роботу «почувствовать», когда к ней прикасается человек, особенно в промышленных условиях, где безопасность имеет первостепенное значение. Современные решения для обнаружения взаимодействия человека и робота в промышленности выглядят как щиты и используют очень жесткие материалы, которые, как отмечает Лю, не могут покрыть все тело робота, поскольку некоторые части должны деформироваться.

«С помощью RobotSweater можно закрыть все тело робота, чтобы он мог обнаружить любые возможные столкновения», — говорит Лю, чьи исследования сосредоточены на промышленном применении робототехники.

Трикотажное полотно RobotSweater состоит из двух слоев проводящей пряжи, состоящей из металлических волокон, проводящих электричество. Между ними находится сетчатый слой с кружевным узором. Когда к ткани прикладывается давление — скажем, от чьего-то прикосновения — проводящая нить замыкает цепь и считывается датчиками.

«Сила сближает строки и столбцы, чтобы замкнуть соединение», — говорит Вэньчжэнь Юань, доцент школы информатики и директор лаборатории RoboTouch. «Если через проводящие полосы действует сила, слои будут контактировать друг с другом через отверстия».

Помимо проектирования трикотажных слоев, включая десятки, если не сотни образцов и испытаний, команда столкнулась с еще одной проблемой — подключением проводки и электронных компонентов к мягкому текстилю.

«Было много кропотливого физического прототипирования и настройки», — говорит Макканн. «Студентам, работавшим над этим, удалось перейти от того, что казалось многообещающим, к тому, что действительно работало».

Что помогло, так это обернуть проволоку вокруг застежек, прикрепленных к концам каждой полосы трикотажного полотна. По словам Макканна, Snap — это экономичное и эффективное решение, поэтому даже любители, создающие текстиль с электронными элементами, известные как электронный текстиль, могут его использовать.

«Вам нужен прочный способ соединения этих вещей вместе, чтобы он выдерживал растяжение, но не разрушал пряжу», — говорит он, добавляя, что команда также обсуждала возможность использования гибких печатных плат.

После установки на тело робота RobotSweater может определять распределение, форму и силу контакта. Он также более точен и эффективен, чем визуальные датчики, на которые сейчас полагаются большинство роботов.

«Робот будет двигаться так, как его толкает человек, или может реагировать на социальные жесты человека», — говорит Юань.

В ходе исследования команда продемонстрировала, что нажатие на робота-компаньона, оснащенного RobotSweater, указывает ему, в какую сторону двигаться или в каком направлении повернуть голову. При использовании на руке робота RobotSweater позволял толчку руки человека направлять движение руки, а захват руки приказывал ему открыть или закрыть захват.

В будущих исследованиях команда хочет изучить, как программировать реакции на смахивание или сжимание, используемые на сенсорном экране.

Исследователи представят исследовательскую работу RobotSweater, которая в настоящее время находится в препринте, на Международной конференции IEEE по робототехнике и автоматизации (ICRA) в 2023 году. Дополнительные соавторы — из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и Карнеги-Меллона.