Elektronske kože (e-skins) su fleksibilni senzorni materijali dizajnirani da oponašaju sposobnost ljudske kože da pokupi taktilne informacije kada dodiruje predmete i površine. E-skinovi visokih performansi mogu se koristiti za poboljšanje sposobnosti robota, za kreiranje novih haptičkih interfejsa i za razvoj naprednije protetike.
Poslednjih godina, istraživači i inženjeri pokušavaju da razviju e-skinove sa pojedinačnim taktilnim jedinicama (tj. takselima) koje mogu precizno da osete i normalne (tj. okomite) i smične (tj. bočne) sile. Iako su neki od ovih pokušaja bili uspešni, većina postojećih senzora sa više osa je zasnovana na složenim dizajnima ili zahtevaju složene procese proizvodnje i kalibracije, što ograničava njihovu široku primenu.
Istraživači sa CNRS-Univerziteta u Monpeljeu predstavili su novu meku e-kožu koja koristi magnetna polja da nezavisno detektuje sile na tri ose. Ova e-koža, opisana u radu objavljenom u Nature Machine Intelligence, ima jednostavan dizajn koji bi se mogao lako reprodukovati u velikim razmerama.
„Taktilni senzori su važni i za ljude i za robote da percipiraju i fizički komuniciraju sa svetom, dok su postojeći veštački taktilni senzori i dalje ograničeni u mnogim aspektima“, rekao je Ioucan Ian, prvi autor rada, za Tech Ksplore.
„Inspirisano ljudskom kožom i svojstvom samorazdvajanja Halbachovog niza, ovo istraživanje je imalo za cilj razvoj tehnologije taktilnog senzora koja može da razdvoji 3D sile u jednostavnoj strukturi senzora i procesu kalibracije.
Senzor koji su razvili Jan i njegove kolege sastoji se od tri glavna sloja. Gornji sloj je fleksibilni magnetni film, srednji je elastomerni list, a donji je štampana ploča (PCB).
Kada predmet ili površina dodirne senzor, gornji fleksibilni magnetni film se deformiše. Ova deformacija zauzvrat utiče na magnetno polje ispod njega, omogućavajući donjem sloju na bazi PCB-a da pokupi promene izazvane kontaktom sa datim objektom/površinom.
„Takve varijacije u magnetnom polju detektuju Holovi senzori na donjem sloju, koji se zatim mogu koristiti za procenu primenjene sile“, objasnio je Jan.
„U poređenju sa senzorima koji se ne samoodvajaju, a koji su složeni bilo u strukturi senzora ili u procesu kalibracije, naš senzor smanjuje vreme kalibracije sa kubične (N 3) skale na linearnu (3N) skalu, omogućavajući tako pojednostavljen dizajn i laku kalibraciju koja je važna za praktične primene“.
Jan i njegove kolege procenili su svoj senzor u nizu preliminarnih testova i otkrili da može da meri trodimenzionalnu distribuciju sila primenjenih na njega.
Istraživači su pokazali da se može koristiti za merenje distribucije sila na veštačke zglobove kolena, za podučavanje robota novim ručnim veštinama putem demonstracija zasnovanih na dodiru i za praćenje bioloških signala dok su korisnici angažovani u različitim aktivnostima.
„Otkrili smo da se 2D svojstvo samorazdvajanja Halbachovog niza može generalizovati na 3D preklapanjem dva sinusno magnetizovana fleksibilna magnetna filma sa ortogonalnim obrascima magnetizacije“, rekao je Jan.
„Ovo predstavlja osnovu za dizajn senzora, a mi demonstriramo da naš senzor može olakšati različite primene, uključujući merenje trodimenzionalne distribucije sile u veštačkim zglobovima kolena, podučavanje robota da kuvaju kafu dodirom i praćenje interakcije. sile između proteza za kolena i ljudske kože tokom različitih aktivnosti.“
Senzor koji je razvio ovaj tim istraživača uskoro bi mogao biti dodatno poboljšan i testiran u širem spektru scenarija. U budućnosti bi se mogao integrisati sa postojećim ili novorazvijenim robotskim sistemima, nosivim tehnologijama i protetikom kako bi se poboljšale njihove sposobnosti taktilnog senzora.
„Sada ćemo dodatno optimizovati dizajn senzora, na primer tako što ćemo promeniti materijale od kojih je napravljen i integrisati ga sa drugim vrstama robota kao što su humanoidi“, dodao je Jan.
