Från lager till sjukhus, mjuka robotar används på olika platser för att hjälpa människor att flytta föremål, behandla patienter, och samla in information. När intresset för dessa robotar fortsätter att växa, forskare utvecklar sätt att ge dem den typ av avkänningskapacitet som finns i naturlig mjukvävnad.

Dock, detta försök medför stora utmaningar. De flesta typer av taktil hud kräver en tråd för varje enskild plats där människor vill upptäcka beröring. Ledningarna kan så småningom se ut som ett stort fågelbo när det gäller att känna av stora ytor.

För att göra saken värre, detta komplicerade elektriska gränssnitt kan bryta systemet. "Trådarna kan vara bra i hårda fodral som smartphones och andra enheter, men om du pratar om tyg, hud, eller något annat som är mjukt, så plötsligt blir alla dessa ledningar felkällor, sa Carmel Majidi, en docent i maskinteknik vid Carnegie Mellon University.

Så hur kan vi undvika detta krångel? Majidi och Tess Hellebrekers från hans Soft Machines Lab har utvecklat en elegant lösning:en mjuk magnetisk hud med ett enda avkänningselement. Deras resultat publicerades i Avancerade intelligenta system .

Denna mjuka hud är som en stretchig magnet som kan placeras på robotar, naturlig hud, eller andra material för att ge dem en känsla av beröring. Den är sammansatt av silikongummi laddat med miljontals mikropartiklar. Varje partikel har en nordpol och en sydpol, som skapar ett magnetfält. När materialet kommer i kontakt med ett annat föremål, gummit upptäcker rörelsen och alla dessa mikropartiklar kommer att börja röra sig, vilket förändrar det inre magnetfältet i gummit.

Dessa förändringar i magnetfältet kommer sedan att detekteras av magnetometern, ett elektroniskt chip inbäddat i den magnetiska huden. Genom att mäta dessa förändringar, magnetometern kan sluta sig till kontaktens placering och intensitet. Med andra ord, den kan uppskatta var beröringen är och hur hårt beröringen trycker på materialets yta.

"Jag tror att kraft och kontakt är de två nyckelintressena för de flesta hudavkänning eftersom vår hud kan göra det också, sa Hellebrekers, som är doktorand i robotik.

Vad mer, denna hud behöver inte vidröra materialets yta direkt för att känna av kontakter. "Det fina med magneter är att de skär genom luften, " sa Majidi. "Du behöver inte ha en fysisk anslutning för att känna av det magnetfältet."

På grund av detta attribut, den magnetiska huden kan utvecklas till ett utmärkt verktyg för medicin. Forskare och läkare har blivit mer intresserade av att använda mjuk robotik inom medicin, speciellt vid gastrointestinal (GI) endoskopi. Även om de har gjort stora framsteg, det är fortfarande svårt att införliva elektronik och sensorer eftersom de tenderar att vara väldigt skrymmande och stela, vilket kommer att störa endoskopens rörlighet.

Och det är just därför som Majidis team är entusiastiska över att tillämpa sina nya rön. "Ett material som detta skulle potentiellt vara ett genombrott inom områden som robotendoskopi där du vill introducera avkänningsfunktioner men inte vill använda skrymmande elektronik och massor av kablar, sa Majidi.

För att ytterligare förbättra den magnetiska huden, Majidis team kommer att studera hur man upptäcker kraft längs cylinderformade föremål, som liknar kateterendoskop. De syftar också till att utöka avkänningsområdena i huden. För närvarande, den magnetiska huden kan lokalisera kontakt över en kontinuerlig 1,5 cm ^² område. Forskarna tittar på sätt att få de magnetiska mikropartiklarna att producera ett större magnetfält eller placera magnetometern på olika platser.

Även om deras projekt fortfarande är under utveckling, det öppnar en ny dörr till mjuk robotavkänning. "Jag gillar verkligen det här systemet eftersom vi kan mäta magnetfältet utan något elektriskt gränssnitt, ", sa Hellebrekers. "Det ger oss mycket mer frihet att designa den typ av gränssnitt som kommer att vara mycket lättare att integrera i olika system."