ربات ها دائماً بینایی و حرکت را بهبود می بخشند، اما لمس پاشنه آشیل آنها باقی می ماند. محققان یک حسگر لمسی مینیاتوری ارائه کردهاند که میتواند ماشینها را تا حد امکان به لمس انسان نزدیک کند.
توسعه دانشگاه کمبریج در مجله مواد طبیعی توضیح داده شده است. این بر اساس ترکیبی از فلز مایع و گرافن، شکلی دو بعدی از کربن است. این “پوست” به ربات اجازه می دهد تا نه تنها فشار وارد شده به جسم را تعیین کند، بلکه جهت نیروی اعمال شده را نیز تشخیص دهد، نقطه ای را که در آن جسم شروع به سر خوردن می کند و حتی زبری سطح را ارزیابی کند. علاوه بر این، سنسور آنقدر فشرده است که وضوح آن کمتر از حساسیت فضایی نوک انگشت انسان نیست.
پوست انسان حاوی چندین نوع گیرنده است که به طور همزمان فشار، نیرو، ارتعاش و بافت را حس می کنند. بازتولید چنین حس لامسه چند بعدی در سیستم های مصنوعی یک کار پیش پا افتاده نیست، به خصوص اگر دستگاه باید برای استفاده عملی هم کوچک و هم به اندازه کافی محکم باشد.
پروفسور توفیق حسن از مرکز گرافن کمبریج، که رهبری این تحقیق را بر عهده داشت، توضیح میدهد: “بیشتر حسگرهای لمسی موجود بیش از حد حجیم، شکننده هستند، ساخت آنها دشوار است یا نمیتوانند به وضوح بین نیروهای مماسی و عادی تمایز قائل شوند. این یک مانع بزرگ برای توسعه بازوهای رباتیک واقعا ماهر است.”
برای حل این مشکل، یک کامپوزیت نرم و انعطاف پذیر مبتنی بر سیلیکون ساخته شد که ورقه های گرافن، ریز قطرات فلزی قابل تغییر شکل و ذرات نیکل را ترکیب می کند.
محققان با الهام از ساختارهای میکروسکوپی پوست انسان، این ماده را به شکل اهرام کوچک (به قطر 200 میکرون) درآوردند. این هندسه تنش را در بالاترین سطوح متمرکز می کند و به حسگر اجازه می دهد نیروهای بسیار کم را جذب کند و در عین حال محدوده اندازه گیری گسترده ای را حفظ کند.
نتیجه یک حسگر لمسی است که می تواند حتی یک دانه شن را تشخیص دهد. در مقایسه با دستگاههای آنالوگ منعطف موجود، سنسور جدید دارای اندازه و آستانه حساسیت حدود یک مرتبه بزرگتر است.
یکی دیگر از ویژگی های مهم، توانایی تشخیص بارهای مماسی و معمولی است. این ویژگی به شما امکان می دهد تشخیص دهید که چه زمانی یک شی شروع به سر خوردن از دسته می کند. با تجزیه و تحلیل سیگنال های چهار الکترود قرار داده شده در زیر هر هرم، حسگر به طور ریاضی بردار نیروی سه بعدی کامل را در زمان واقعی بازسازی می کند.
برای آزمایش قابلیت ها، حسگرهایی در گیره رباتیک ادغام شدند. اپراتورها می توانند اشیاء شکننده مانند نی های کاغذی نازک را بدون تغییر شکل آنها بردارید. برخلاف حسگرهای نیروی معمولی که به اطلاعات قبلی در مورد ویژگیهای یک جسم نیاز دارند، سیستم جدید با تشخیص لغزش به سرعت سازگار میشود.
در سطحی حتی بیشتر از کوچکسازی، آرایههای حسگر میکروسکوپی میتوانند جرم، شکل و چگالی مواد کرههای فلزی ریز را تنها با تحلیل بزرگی و جهت نیروی اعمالشده تعیین کنند. این چشم انداز را برای جراحی های کم تهاجمی یا میکرو رباتیک باز می کند، جایی که حسگرهای معمولی به سادگی مناسب نیستند.
علاوه بر این، این فناوری ممکن است در پروتزها کاربرد پیدا کند. پروتزهای بیونیک مدرن به طور فزاینده ای از بازخورد لمسی برای ارائه حس لامسه به کاربران استفاده می کنند. حسگرهای نیروی سه بعدی مینیاتوری بسیار حساس می توانند تماس طبیعی بیشتری با اشیاء ایجاد کنند و کنترل انسان، ایمنی و اطمینان را بهبود بخشند.
پروفسور Yun Guolin از دانشگاه علم و صنعت چین، نویسنده اصلی این مطالعه، گفت: “رویکرد ما نشان می دهد که لمس سه بعدی با دقت بالا به ساختارهای مکانیکی حجیم یا اپتیک پیچیده نیاز ندارد. با ترکیب مواد هوشمند و ساختارهای الهام گرفته از پوست، ما به ویژگی هایی دست می یابیم که بسیار شبیه به حس لمس انسان است.”
محققان امیدوارند که حسگرها را بیشتر کوچک کنند، شاید تا 50 میکرون، تقریباً تراکم حسگرهای مکانیکی در پوست انسان. نسخههای بعدی ممکن است شامل سنسورهای دما و رطوبت نیز باشند که گامی دیگر به سمت ایجاد پوست مصنوعی کاملاً چندوجهی برداشته میشود.
همانطور که روباتها کارخانهها را ترک میکنند و وارد خانهها، بیمارستانها و دنیای غیرقابل پیشبینی میشوند، چنین پیشرفتهایی در زمینه سنجش اهمیت ویژهای دارند: ماشینها نه تنها باید ببینند و عمل کنند، بلکه باید واقعاً احساس کنند.