Roboti jsou všude a brzy nás zastoupí i tam, kde bychom si to ještě před relativně nedávnou dobou vůbec neuměli představit. Jsou totiž stále sofistikovanější a jejich schopnosti se čím dál více blíží těm lidským. I tak ale v některých ohledech za svými ,vzory‘ pokulhávají - nedokážou například dešifrovat tvary, velikost ani tvrdost materiálu. Tedy zatím.
Skupina britských vědců nyní přišla s novinkou, která by mohla tento problém do značné míry vyřešit. Pocit hmatu v prstech robotů chtějí navodit pomocí sítě špendlíkovitých papil (napodobujících dermální papily mezi vnější a vnitřní vrstvou lidské kůže) vyrobených na 3D tiskárnách.
Proč zrovna na 3D tiskárnách? Protože právě ty dokážou dle názoru expertů vytvořit smísením různých materiálů komplikované struktury podobné těm, jež se vyskytují na lidském těle, čímž jim tak umožní dotýkat se předmětů s téměř stejnou jistotou, jakou máme my, a lépe vnímat jejich povrch.
Umí samostatně změnit sílu sevření i úhel úchopu
Výsledkem několikaletého snažení vědců z University of Bristol je TacTip - unikátní špička prstů v reálné velikosti, jejíž struktura se blíží vícevrstvé lidské kůži.
Pro zajištění přenosu specifických signálů, pomoci kterých naše kůže informuje mozek o tom, co zrovna v ruce držíme, vybavili výzkumníci umělý prst pod jeho svrchní ochrannou vrstvou senzorem s drobnými výstupky. Ty jsou tuhé, ale ohebné a zastávají stejnou funkci jako takzvané mechanoreceptory. Společně s nimi je zde také minikamera, jež detekuje, jakým způsobem se ony výstupky pohybují. Vše je přitom přenášeno do neuronové sítě, kterou vědci také začlenili do svého vynálezu a díky níž dochází k akcím, kdy umělé prsty například předmět pevněji sevřou nebo upraví úhel úchopu.
Je třeba vyladit detaily
Při svém výzkumu testoval vědecký tým umělý prst stejným způsobem, jakým se hodnotí hmat člověka. Výzkumníci měřili výstup z kamery, zatímco samotná robotická ruka se dotýkala materiálů s různými strukturami. Například u manšestru dokázala detekovat mezery i vyvýšeniny.
V jiném testu přidali výzkumníci mikrofon. Ten napodobuje další sadu nervových zakončení hluboko v lidské kůži, které snímají vibrace při přejíždění prsty po povrchu a zvyšují schopnost cítit, jak moc je drsný, nebo naopak hladký. Mikrofon prokázal tutéž službu při rozlišování mezi 13 látkami. „Existence možnosti 3D tisku hmatové kůže by mohla vést k vytvoření robotů, kteří budou obratnější, nebo k výraznému zlepšení výkonnosti protéz rukou tím, že by jim poskytla vestavěný smysl pro hmat,“ tvrdí profesor Nathan Lepora ze zmíněné univerzity. Byl to právě on, kdo celý výzkum vedl.
Vědci zjistili, že robotická špička prstu může produkovat umělé nervové signály, které se při porovnání velmi podobají záznamům nervové aktivity u lidí. Tedy snad až na jednu výjimku - umělá technologie nebyla tak citlivá na jemné detaily jako lidská pokožka.
Podle Lepory je důvodem skutečnost, že materiál vytištěný na 3D tiskárně je silnější než opravdová kůže. Jeho tým proto nyní zkoumá, zda by mohl existovat způsob, jak vytvářet 3D tištěné struktury v mikroskopickém měřítku lidské pokožky s cílem vytvořit umělou kůži stejně dobrou, nebo dokonce lepší, než je kůže skutečná.
Vynález z Německa detekuje tvar objektu i nepatrný odpor
Se zprávou o vlastním, byť podobném výzkumu přišli začátkem tohoto roku vědci z německého Institutu Maxe Plancka. Ti v únoru představili hmatový senzor s názvem Insight.
Obě technologie využívají kameru, ale každá funguje jinak. Německý vynález je vyrobený z jakési ,skořepiny‘ ovinuté okolo lehké, a přitom tuhé kostry, která drží tuto strukturu senzoru podobně jako lidské kosti měkkou tkáň prstů. Svrchní část senzoru je z elastomeru (elastického polymeru) smíchaného s tmavými, ale reflexními hliníkovými vločkami. To má za následek neprůhlednou šedavou barvu, která zabraňuje pronikání vnějšího světla do míst, kde je ukryta malá kamera. Kamera zajistí, že když se nějaký předmět dotkne pláště senzoru, změní se vzhled vnitřní části barevného vzoru.
Kamera zaznamenává snímky mnohokrát za vteřinu a těmito daty napájí hlubokou neuronovou síť. Algoritmus detekuje i tu nejmenší změnu světla v každém pixelu a během zlomku sekundy dokáže zmapovat, čeho a s jakou silou se umělý prst dotýká.
Výzkum ještě nekončí
Některé úkony, jako třeba držení sklenice vody nebo posouvání mincí po desce stolu, byly pro roboty kvůli nedostatečně efektivním senzorům v minulosti nesmírně obtížné. Řadu povrchových detailů pak dle německých vědců neměli šanci rozpoznat vůbec. Díky současným technologiím by s tím však již problém být neměl, neboť hmatová oblast jejich senzoru je navržena tak, aby detekovala jak detailní tvary objektu, tak i nepatrné působící síly. Vědci pro tuto supercitlivou zónu zvolili tloušťku elastomeru 1,2 milimetru - zbytek snímače se musí spokojit se čtyřmilimetrovou vrstvou.
Výsledky obou výzkumů mají slibný potenciál, a to jak pro využití v protetice, tak průmyslu. Avšak předtím, než se z těchto prototypů stanou univerzálně aplikovatelná řešení produkovaná v masovém měřítku, bude zapotřebí doladit spoustu drobností. To může přirozeně zabrat několik dalších let.
