В Пермском Политехе создали тактильное покрытие, которые повысит чувствительность роботов и бионических протезов
Ученые Пермского Политеха (ПНИПУ) разработали электромеханическую модель полимерного покрытия со встроенным оптоволоконным датчиком, которое позволяет «ощущать» окружающие предметы.
На поверхности покрытия расположен слой специальных ворсинок – «вибрисс», которые передают данные о температуре, внешних воздействиях и ударах, а также форме и размере контактирующих с ними тел.
Тактильное полимерное покрытие основано на использовании «механолюминесцентного эффекта» – светоотдачи при механическом воздействии на систему из пьезоэлектрических и электролюминесцентных элементов. При контакте с анализируемыми объектами ворсинки деформируются и осуществляют информативные механические воздействия на соответствующие участки корпуса и встроенного в него оптоволоконного механолюминесцентного датчика. На активированных участках датчика происходит светоотдача внутрь оптоволокна. Это позволяет передавать информативные световые сигналы на большие расстояния для их последующей «расшифровки».
Ученые Пермского Политеха исследовали деформационные и электрические поля, которые образуются при этом процессе в элементах тактильного покрытия: ворсинках, корпусе и встроенном в него оптоволоконном механолюминесцентном датчике. Электромеханическая модель позволила выявить зависимости информативных световых сигналов от тактильных «ощущений» покрытия при контакте ворсинок с предметами.
Расчетная область и схема нагружения ворсинки элементарной ячейки тактильного покрытия
Разработку можно использовать при создании отечественных человекоподобных роботов, бионических протезов и искусственных органов.
– Тактильное покрытие может принимать различные формы и представляет собой гибкий тонкий полимерный слой со встроенной сетью оптоволоконных датчиков. Они преобразуют информацию о прикосновениях в оптические сигналы, чтобы передать их по оптоволокну «искусственному интеллекту». В перспективе покрытие можно будет применять в качестве искусственной кожи человекоподобных роботов, в бионических протезах и искусственных органах. Технология позволит сделать реальными их тактильные ощущения. Определив свойства предмета, робот сможет точно рассчитать необходимое и достаточное усилие для его удержания и последующих действий, – поясняетруководитель проекта, профессор кафедры механики композиционных материалов и конструкций Пермского Политеха, доктор физико-математических наук Андрей Паньков.
Развитие сенсорных способностей роботов и бионических протезов – одно из актуальных направлений, над которым работают учены во всем мире. По словам исследователей из Пермского Политеха, разработанный ими способ передачи имеет преимущества по сравнению с аналогами, в которых деформирование ворсинок «считывается» системой высокоскоростной фотовидеорегистрации.
Исследование выполнено в рамках Программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030». Его результаты работы ученые опубликовали в «Журнале радиоэлектроники» (2022). Разработка, соответствующая направлению «Цифровизация и роботизация производств и сервисов», а также проекту «Фотоника» Пермского НОЦ, реализована при финансовой поддержке РФФИ и Пермского края.
