پوست الکترونیکی لمسی فناوری جدید برای ربات‌های هوشمند

پوست حس دار از راه رسید؛ ربات ها لمس کردن را یاد می گیرند

پوست الکترونیکی لمسی دارد یکی از بزرگ ترین ضعف های ربات های هوشمند را برطرف می کند. این فناوری با ترکیب حسگر لمسی، مواد نرم و یادگیری ماشینی به ربات اجازه می دهد فشار، گرما، آسیب و محل تماس را تشخیص دهد؛ قابلیتی که می تواند آینده رباتیک، اندام های مصنوعی و تجهیزات پزشکی را حسابی زیرورو کند.

تا امروز بیشتر ربات ها برای درک محیط سراغ دوربین، میکروفون و حسگرهای جداگانه می رفتند. مشکل اینجاست که دیدن یک جسم با لمس کردنش فرق دارد. ربات ممکن است لیوان را ببیند، اما بدون حس لامسه نمی فهمد آن را خیلی محکم گرفته یا همین حالا دارد از دستش لیز می خورد.

مطالعه مقاله قبلی در دسته بندی خانه هوشمند با عنوان قوانین جدید نصب پنل خورشیدی بالکن و مکان های ممنوع در خانه.

پوستی که خودش یک حسگر بزرگ است

ایده تازه پژوهشگران با بسیاری از پوست های رباتیکی قبلی فرق دارد. در مدل های قدیمی، مجموعه ای از حسگرهای کوچک داخل یک لایه انعطاف پذیر قرار می گرفت. هر حسگر هم وظیفه مشخصی داشت؛ یکی فشار را می سنجید، یکی دما را تشخیص می داد و یکی دیگر کشش را ثبت می کرد.

این روش جواب می دهد، ولی ساختش پیچیده و گران است. تازه اگر یکی از حسگرها یا سیم های ریز خراب شود، بخشی از پوست عملاً از کار می افتد. حالا پژوهشگران سراغ ماده ای رفته اند که تمام سطح آن نقش حسگر را بازی می کند. یعنی خبری از تعداد زیادی قطعه مجزا و سیم کشی شلوغ نیست.

این پوست الکترونیکی لمسی از یک ماده نرم، کشسان و رسانا ساخته می شود. نمونه آزمایشی آن به شکل یک دست انسانی قالب گیری شده و چند الکترود در بخش مچ دارد. وقتی چیزی سطح دست را لمس می کند، الگوی عبور جریان الکتریکی درون ماده تغییر می کند.

سیستم با بررسی همین تغییرها می فهمد تماس دقیقاً در کدام نقطه رخ داده است. حتی نوع تماس هم قابل تشخیص است؛ مثلاً اینکه یک انگشت آرام روی سطح قرار گرفته، جسمی تیز به پوست فشار آورده یا بخشی از آن در معرض گرما قرار گرفته است.

هوش مصنوعی وارد ماجرای لمس می شود

خواندن سیگنال های چنین ماده ای اصلاً ساده نیست. تغییرات الکتریکی همیشه واضح و مرتب نیستند و ممکن است چند اتفاق به طور هم زمان رخ دهد. اینجاست که یادگیری ماشینی وسط می آید و الگوهایی را پیدا می کند که بررسی دستی آن ها تقریباً غیرممکن است.

پژوهشگران برای آموزش سامانه، نقاط مختلف پوست را لمس کردند، به آن فشار وارد کردند، سطح را گرم کردند و حتی شرایط آسیب دیدگی را شبیه سازی کردند. نتیجه این آزمایش ها حجم بزرگی از داده بود که برای آموزش الگوریتم استفاده شد.

مدل هوش مصنوعی بعد از آموزش توانست میان فشار معمولی، تماس چندنقطه ای، گرما و بریدگی تفاوت بگذارد. به زبان خیلی ساده، یک ماده واحد چند وظیفه را انجام می دهد و نرم افزار تشخیص می دهد هر سیگنال چه معنایی دارد.

این طراحی می تواند مسیر ساخت حسگر لمسی برای ربات ها را کوتاه تر کند. به جای نصب صدها قطعه حساس روی بدنه، یک لایه یکپارچه روی دست، بازو یا حتی کل بدن ربات قرار می گیرد. نتیجه هم سبک تر است، هم انعطاف بیشتری دارد و هم احتمال خرابی اتصالات ریز کمتر می شود.

چرا ربات های هوشمند به حس لامسه نیاز دارند؟

یک ربات صنعتی معمولی در فضای کنترل شده کار می کند. جای قطعات مشخص است، حرکت ها از قبل برنامه ریزی شده اند و معمولاً آدمی خیلی نزدیک آن نیست. اما شرایط برای ربات های خانگی، پرستارهای رباتیک و ماشین های انسان نما کاملاً فرق دارد.

ربات های هوشمند باید بتوانند با وسایل ظریف کار کنند، دست انسان را بگیرند، لباس یا میوه را جابه جا کنند و در صورت برخورد ناگهانی سریع واکنش نشان دهند. بدون حس لامسه، حتی یک کار ساده مثل گرفتن تخم مرغ هم می تواند دردسر درست کند؛ فشار کم باعث افتادن آن می شود و فشار زیاد هم خب، نتیجه اش مشخص است!

پوست حساس به لمس کمک می کند ربات نیروی دستش را همان لحظه تنظیم کند. اگر جسم در حال لغزش باشد، فشار کمی بیشتر می شود. اگر سطح داغ باشد، ربات دستش را کنار می کشد. اگر هم برخوردی با انسان رخ دهد، دستگاه می تواند پیش از وارد شدن آسیب متوقف شود.

کاربرد این فناوری فقط به رباتیک محدود نیست. اندام های مصنوعی مجهز به پوست الکترونیکی لمسی می توانند اطلاعات بیشتری از محیط دریافت کنند. در آینده شاید کاربر از طریق رابط های عصبی، بخشی از این اطلاعات را به شکل حس فشار یا گرما تجربه کند.

فناوری تازه احتمالاً اول ارزان نخواهد بود

مثل بیشتر فناوری های نو، نسخه های اولیه این پوست احتمالاً قیمت بالایی خواهند داشت. مواد تخصصی، تجهیزات آزمایشگاهی، پردازش داده و تولید محدود باعث می شوند هزینه اولیه پایین نباشد. بنابراین بعید است از همان روز اول روی هر ربات خانگی نصب شود.

البته این اتفاق عجیب نیست. دوربین های دیجیتال، نمایشگرهای لمسی و حتی حسگرهای پیشرفته خودرو هم ابتدا گران بودند. با افزایش تقاضا، بهتر شدن روش تولید و ورود شرکت های بیشتر، قیمت ها پایین آمدند و فناوری به محصولات عادی راه پیدا کرد.

مزیت اصلی طراحی یکپارچه این است که در صورت تولید انبوه، می تواند از مدل های چندحسگری ساده تر و اقتصادی تر باشد. کاهش تعداد قطعات، اتصالات و مراحل مونتاژ روی هزینه نهایی اثر می گذارد. تعمیر و تعویض لایه ها نیز ممکن است راحت تر شود.

بااین حال هنوز چند مانع جدی وجود دارد. این پوست باید در برابر استفاده طولانی، رطوبت، کشیدگی، ضربه و تغییر دما دوام بیاورد. الگوریتم نیز نباید با هر خراش کوچک یا تغییر شکل طبیعی گیج شود. سرعت پردازش هم مهم است؛ ربات باید تماس را فوری بفهمد، نه چند ثانیه بعد.

از آزمایشگاه تا زندگی روزمره

نمونه فعلی بیشتر یک اثبات فنی جذاب است تا محصولی آماده فروش. پژوهشگران باید دقت تشخیص را بالاتر ببرند، تعداد الکترودها را بهینه کنند و راهی برای تولید لایه های بزرگ تر پیدا کنند. مصرف انرژی و اتصال این سیستم به کنترل کننده مرکزی ربات هم بخش مهم ماجراست.

اگر این مشکلات حل شوند، حسگر لمسی یکپارچه می تواند روی دست ربات های کارخانه ای، بازوهای جراحی، تجهیزات توان بخشی و ربات های خدماتی قرار بگیرد. حتی پوشاندن بدنه ربات های انسان نما با چنین ماده ای دیگر ایده ای خیلی دور از ذهن به نظر نمی رسد.

جذاب ترین نکته این است که ربات فقط تماس را ثبت نمی کند، بلکه کم کم معنای آن را یاد می گیرد. ترکیب داده های لمس با تصویر و صدا، درک کامل تری از محیط می سازد. آن وقت ربات دیگر صرفاً یک ماشین متحرک نیست و می تواند واکنشی دقیق تر، امن تر و طبیعی تر داشته باشد.

هنوز تا دیدن این پوست روی محصولات روزمره فاصله داریم، اما مسیر کاملاً روشن است. همان طور که صفحه نمایش لمسی از یک ویژگی لوکس به بخشی عادی از زندگی تبدیل شد، پوست حساس به لمس هم می تواند طی چند سال آینده به یکی از اجزای اصلی ربات های هوشمند تبدیل شود.

برای دریافت جدیدترین اخبار تکنولوژی با مجله هوش مصنوعی با ما همراه باشید