فهرست مطالب
دانشمندان چینی موفق به توسعه یک پوست هوشمند رباتیک مبتنی بر سامانه‌های عصبی شده‌اند که امکان درک حس لمس، تشخیص آسیب و واکنش‌های سریع در برابر تماس‌های خطرناک را برای ربات‌های انسان‌نما فراهم می‌کند.
به گزارش سرویس رباتیک تکناک، این نوآوری پاسخی مستقیم به یکی از چالش‌های دیرینه در حوزه رباتیک است. در بدن انسان، تماس با اجسام داغ یا تیز باعث می‌شود که سیگنال‌های حسی به طور مستقیم به نخاع منتقل شوند و واکنش عقب کشیدن تقریبا بلافاصله، پیش از پردازش کامل درد در مغز انجام شود؛ سازوکاری که نقش مهمی در جلوگیری از آسیب‌های جدی دارد.
در مقابل، ربات‌های انسان‌نما به معماری پردازش متمرکز وابسته هستند؛ به این معنا که داده‌های حسگر باید ابتدا به واحد پردازش مرکزی ارسال، تحلیل و سپس به فرمان‌های حرکتی تبدیل شوند. حتی وقفه‌های جزئی در این زنجیره می‌تواند باعث بروز خسارت شود، به‌ویژه اکنون که ربات‌ها به طور فزاینده‌ای در محیط‌های انسانی فعالیت می‌کنند. با گسترش حضور ربات‌ها از کارخانه‌ها به خانه‌ها، مراکز درمانی و فضاهای عمومی، پژوهشگران تاکید دارند که این ماشین‌ها به شیوه‌هایی غریزی‌تر و واکنش‌محورتر برای تعامل ایمن با محیط نیازمند هستند. پوست هوشمند رباتیک تازه‌توسعه‌یافته برای پاسخ به همین نیاز طراحی شده است.
حتما بخوانید: ربات انسان‌نمای چشمک‌زن با پوست واقعی؛ فناوری جدید چین برای زندگی روزمره
فراتر از لامسه
بیشتر پوست‌های رباتیک رایج به عنوان حسگرهای فشار عمل می‌کنند؛ سامانه‌هایی که تماس را ثبت می‌کنند اما درک دقیقی از شدت یا ماهیت خطرناک آن ندارند. این فناوری‌ها می‌توانند وقوع تماس را تشخیص دهند، اما قادر به ارزیابی این نیستند که آیا این تعامل برای ربات تهدیدآمیز است یا خیر. در مقابل، پوست هوشمند الکترونیکی رباتیک یا NRE-skin، با شبیه‌سازی سازوکار پردازش اطلاعات حسی در پوست زیستی، سطح جدیدی از درک لمسی را برای ماشین‌ها فراهم می‌کند.
بیشتر بخوانید: ساخت ربات با پوسته‌های بیرونی سخت‌پوستان + ویدیو
این سامانه از یک معماری سلسله‌مراتبی الهام‌گرفته از شبکه‌های عصبی بهره می‌برد، که ورودی‌های لمسی را به قطارهای پالس الکتریکی تبدیل می‌کند؛ سیگنال‌هایی که از نظر کارکرد به پیام‌های منتقل‌شده در اعصاب انسان شباهت دارند. پوست هوشمند رباتیک NRE از چهار لایه مجزا تشکیل شده است که لایه بیرونی آن به عنوان سطح محافظ عمل می‌کند و نقشی مشابه اپیدرم انسان دارد. در زیر این لایه، حسگرها و مدارهایی تعبیه شده‌اند که رفتاری مشابه اعصاب حسی دارند و به‌طور پیوسته فشار، نیرو و یکپارچگی ساختاری را رصد می‌کنند. حتی در شرایطی که هیچ تماسی وجود ندارد، این پوست به صورت منظم پالس‌های الکتریکی به پردازنده مرکزی ربات ارسال می‌کند تا سلامت عملکرد سامانه را اعلام کند. در صورت بروز بریدگی یا آسیب، قطع این پالس‌ها به ربات امکان می‌دهد وقوع آسیب و موقعیت دقیق آن را به سرعت شناسایی کند.
برای مطالعه بیشتر: پرورش پوست مصنوعی انسان با رگ های خونی و رنگدانه در آزمایشگاه
شیوه کار پوست هوشمند رباتیک
به‌محض وقوع تماس، پوست هوشمند با تولید اسپایک‌های الکتریکی، اطلاعات مربوط به فشار اعمال‌شده را کدگذاری می‌کند. در حالت عادی، این سیگنال‌ها برای تفسیر به پردازنده مرکزی ربات ارسال می‌شوند، اما زمانی که نیروی واردشده از آستانه‌ای از پیش تعریف‌شده عبور کند (آستانه‌ای که نشانه درد یا خطر آسیب است) سامانه مسیر متفاوتی را در پیش می‌گیرد. در چنین شرایطی، یک سیگنال ولتاژ بالا به موتورهای ربات منتقل می‌شود و با عبور از پردازنده مرکزی، واکنشی آنی و رفلکسی مانند عقب کشیدن عضو را فعال می‌کند.
پژوهشگران در توضیح این فناوری نوشته‌اند: «پوست هوشمند الکترونیکی رباتیک ما دارای معماری سلسله‌مراتبی الهام‌گرفته از سامانه‌های عصبی است که حس لامسه با وضوح بالا، تشخیص فعال درد و آسیب همراه با رفلکس‌های محلی و قابلیت تعمیر سریع و ماژولار را ممکن می‌سازد.» این پژوهشگران بیان کردند: «این رویکرد به‌طور چشمگیری ایمنی، کیفیت لمس و تعامل شهودی انسان و ربات را بهبود می‌دهد و آن را به گزینه‌ای مناسب برای ربات‌های خدماتی همدلانه تبدیل می‌کند.»
این پوست برای نگه‌داری سریع نیز بهینه‌سازی شده و از پچ‌های مغناطیسی ماژولار تشکیل شده است، که به راحتی جدا و تعویض می‌شوند؛ امکانی که تعمیر بخش‌های آسیب‌دیده را در عرض چند ثانیه و بدون نیاز به سرویس‌های گسترده فراهم می‌کند. بر اساس گزارش منتشرشده در نشریه Proceedings of the National Academy of Sciences، تیم تحقیقاتی اکنون بر افزایش حساسیت این سامانه تمرکز دارد تا بتواند چندین نقطه تماس هم‌زمان را با دقت بالا پردازش کند؛ قابلیتی حیاتی برای ربات‌هایی که قرار است در محیط‌های انسانی پیچیده و غیرقابل پیش‌بینی فعالیت کنند.
