Känslig syntetisk hud gör det möjligt för robotar att känna av sin egen kropp och omgivning – en avgörande förmåga om de ska vara i nära kontakt med människor. Inspirerad av mänsklig hud, ett team vid Münchens tekniska universitet (TUM) har utvecklat ett system som kombinerar konstgjord hud med kontrollalgoritmer och använt det för att skapa den första autonoma humanoida roboten med konstgjord hud på hela kroppen.

Den konstgjorda huden som utvecklats av prof. Gordon Cheng och hans team består av hexagonala celler ungefär lika stora som ett två-euromynt (dvs ungefär en tum i diameter). Var och en är utrustad med en mikroprocessor och sensorer för att detektera kontakt, acceleration, närhet och temperatur. Sådan konstgjord hud gör att robotar kan uppfatta sin omgivning mycket mer detaljerat och med mer känslighet. Detta hjälper dem inte bara att röra sig säkert. Det gör dem också säkrare när de arbetar nära människor och ger dem möjlighet att förutse och aktivt undvika olyckor.

Själva hudcellerna utvecklades för cirka 10 år sedan av Gordon Cheng, Professor i kognitiva system vid TUM. Men denna uppfinning avslöjade bara sin fulla potential när den integrerades i ett sofistikerat system som beskrivs i det senaste numret av tidskriften IEEE:s förfarande .

Mer datorkapacitet genom händelsebaserat tillvägagångssätt

Det största hindret för att utveckla robotskinn har alltid varit datorkapacitet. Människans hud har cirka 5 miljoner receptorer. Ansträngningar för att implementera kontinuerlig behandling av data från sensorer i konstgjord hud strider snart mot gränser. Tidigare system överbelastades snabbt med data från bara några hundra sensorer.

För att övervinna detta problem, med hjälp av ett neurotekniskt tillvägagångssätt, Gordon Cheng och hans team övervakar inte hudcellerna kontinuerligt, utan snarare med ett händelsebaserat system. Detta minskar bearbetningsarbetet med upp till 90 procent. Tricket:De enskilda cellerna överför information från sina sensorer endast när värden ändras. Detta liknar hur det mänskliga nervsystemet fungerar. Till exempel, vi känner en hatt när vi först tog på den, men vi vänjer oss snabbt vid känslan. Det finns ingen anledning att lägga märke till hatten igen förrän vinden blåser den från vårt huvud. Detta gör att vårt nervsystem kan koncentrera sig på nya intryck som kräver en fysisk respons.

Säkerhet även vid nära kroppskontakt

Med den händelsebaserade strategin, Prof. Cheng och hans team har nu lyckats applicera konstgjord hud på en autonom robot i mänsklig storlek som inte är beroende av någon extern beräkning. H-1-roboten är utrustad med 1260 celler (med mer än 13000 sensorer) på överkroppen, vapen, ben och till och med fotsulorna. Detta ger den en ny "kroppslig känsla". Till exempel, med sina känsliga fötter, H-1 kan reagera på ojämna golvytor och jämn balansera på ett ben.

Med sin speciella hud, H-1 kan till och med ge en person en kram på ett säkert sätt. Det är mindre trivialt än det låter:Robotar kan utöva krafter som allvarligt skulle skada en människa. Under en kram, två kroppar rör vid varandra på många olika ställen. Roboten måste använda denna komplexa information för att beräkna rätt rörelser och utöva rätt kontakttryck. "Det här kanske inte är lika viktigt i industriella applikationer, men inom områden som omvårdnad, robotar måste utformas för mycket nära kontakt med människor, " förklarar Gordon Cheng.

Mångsidig och robust

Gordon Chengs robotskinsystem är också mycket robust och mångsidigt. Eftersom huden består av celler, och inte ett enda material, den förblir funktionell även om vissa celler slutar fungera. "Vårt system är designat för att fungera problemfritt och snabbt med alla typer av robotar, " säger Gordon Cheng. "Nu arbetar vi med att skapa mindre hudceller med potential att produceras i större antal."