Gevoelige synthetische huid stelt robots in staat om hun eigen lichaam en omgeving waar te nemen - een cruciaal vermogen als ze in nauw contact met mensen willen staan. Geïnspireerd door de menselijke huid, een team van de Technische Universiteit van München (TUM) heeft een systeem ontwikkeld dat kunstmatige huid combineert met controle-algoritmen en dit heeft gebruikt om de eerste autonome humanoïde robot met kunstmatige huid voor het hele lichaam te creëren.

De kunstmatige huid die door prof. Gordon Cheng en zijn team is ontwikkeld, bestaat uit zeshoekige cellen ter grootte van een munt van twee euro (d.w.z. ongeveer 2,5 cm in diameter). Elke kamer is uitgerust met een microprocessor en sensoren om contact te detecteren, versnelling, nabijheid en temperatuur. Met een dergelijke kunstmatige huid kunnen robots hun omgeving veel gedetailleerder en gevoeliger waarnemen. Dit helpt hen niet alleen om zich veilig te verplaatsen. Het maakt ze ook veiliger bij het werken in de buurt van mensen en geeft ze de mogelijkheid om te anticiperen en actief ongevallen te vermijden.

De huidcellen zelf zijn ongeveer 10 jaar geleden ontwikkeld door Gordon Cheng, Hoogleraar Cognitieve Systemen aan de TUM. Maar deze uitvinding onthulde pas zijn volledige potentieel wanneer hij werd geïntegreerd in een geavanceerd systeem, zoals beschreven in het laatste nummer van het tijdschrift Procedures van de IEEE .

Meer rekencapaciteit door op gebeurtenissen gebaseerde aanpak

Het grootste obstakel bij het ontwikkelen van een robothuid is altijd de rekencapaciteit geweest. De menselijke huid heeft ongeveer 5 miljoen receptoren. Pogingen om continue verwerking van data van sensoren in kunsthuid door te voeren lopen al snel tegen grenzen aan. Eerdere systemen werden al snel overladen met gegevens van slechts een paar honderd sensoren.

Om dit probleem op te lossen, met behulp van een neuro-engineering benadering, Gordon Cheng en zijn team houden de huidcellen niet continu in de gaten, maar eerder met een op gebeurtenissen gebaseerd systeem. Dit vermindert de verwerkingsinspanning tot 90 procent. De truc:de afzonderlijke cellen geven alleen informatie van hun sensoren door als waarden worden gewijzigd. Dit is vergelijkbaar met de manier waarop het menselijk zenuwstelsel werkt. Bijvoorbeeld, we voelen een hoed als we hem voor het eerst opzetten, maar we wennen snel aan de sensatie. Het is niet nodig om de hoed opnieuw op te merken totdat de wind hem van ons hoofd blaast. Dit stelt ons zenuwstelsel in staat zich te concentreren op nieuwe indrukken die een fysieke reactie vereisen.

Veiligheid, zelfs bij nauw lichamelijk contact

Met de event-based aanpak, Prof. Cheng en zijn team zijn er nu in geslaagd om kunstmatige huid toe te passen op een autonome robot van menselijke grootte die niet afhankelijk is van externe berekeningen. De H-1 robot is uitgerust met 1260 cellen (met meer dan 13000 sensoren) op zijn bovenlichaam, armen, benen en zelfs de zolen van zijn voeten. Dit geeft het een nieuwe "lichamelijke sensatie". Bijvoorbeeld, met zijn gevoelige voeten, H-1 kan reageren op oneffen vloeroppervlakken en zelfs op één been balanceren.

Met zijn speciale huid, de H-1 kan zelfs een persoon veilig een knuffel geven. Dat is minder triviaal dan het klinkt:robots kunnen krachten uitoefenen die een mens ernstig kunnen verwonden. Tijdens een knuffel, twee lichamen raken elkaar op veel verschillende plaatsen. De robot moet deze complexe informatie gebruiken om de juiste bewegingen te berekenen en de juiste contactdrukken uit te oefenen. "Dit is misschien niet zo belangrijk in industriële toepassingen, maar op gebieden als verpleging, robots moeten worden ontworpen voor zeer nauw contact met mensen, " legt Gordon Cheng uit.

Veelzijdig en robuust

Het robothuidsysteem van Gordon Cheng is ook zeer robuust en veelzijdig. Omdat de huid uit cellen bestaat, en geen enkel stuk materiaal, het blijft functioneel, zelfs als sommige cellen niet meer werken. "Ons systeem is ontworpen om probleemloos en snel te werken met allerlei soorten robots, ", zegt Gordon Cheng. "Nu werken we aan het creëren van kleinere huidcellen met het potentieel om in grotere aantallen te worden geproduceerd."