Мягкая роботизированная рука «видит» за углами и обеспечивает прикосновение, подобное человеческому.

Чтобы надежно выполнять работу по дому, собирать продукты и решать другие ручные задачи, роботы должны иметь возможность адаптировать свои стратегии манипулирования в зависимости от объектов, с которыми они работают, подобно тому, как люди используют информацию, которую они получают через осязание. В то время как люди получают тактильную информацию через нервы в коже и мышцах, роботы полагаются на датчики — устройства, которые воспринимают окружающую среду и улавливают определенные физические сигналы.

Большинство разработанных на данный момент роботизированных рук и захватов полагаются на визуально-тактильные датчики — системы, которые используют небольшие камеры для захвата изображений, а также фиксируют деформации поверхности, возникающие в результате контакта с конкретными объектами.

Ключевым ограничением этих датчиков является то, что они должны быть изготовлены из жестких материалов, чтобы камеры могли снимать высококачественные изображения. Это снижает общую гибкость роботов, которые полагаются на датчики, и им становится сложнее обращаться с хрупкими объектами и объектами неправильной формы.

Исследователи из Чжэцзянского университета недавно представили FlexiRay, новую роботизированную руку, которая может преодолеть это ограничение за счет сочетания инновационной механической конструкции и алгоритмов глубокого обучения.

Роботизированная рука, представленная в статье опубликовано в Природные коммуникацииоснован на гибкой структуре, которая естественным образом изгибается внутрь при сжатии, создавая модели деформации, которые затем анализируются алгоритмом глубокого обучения.

«Вдохновением для этой работы послужили замечательные возможности человеческой руки, которая сочетает в себе мягкую, податливую кожу со сложной сенсорной системой, способной одновременно воспринимать давление, текстуру и температуру», — рассказал Tech Xplore Хуэйсю Донг, старший автор статьи.

«Хотя мягкие роботизированные системы добились больших успехов в структурном соответствии (безопасности и адаптируемости), интеграция датчиков высокого разрешения в эти мягкие тела стала серьезной проблемой. Нашей основной целью было решить проблему «слепых зон» в мягких датчиках».

FlexiRay: роботизированный захват, вдохновленный человеком

Изучая более раннюю литературу по робототехнике, Донг и его коллеги поняли, что большинство доступных визуально-тактильных датчиков не очень гибки, поскольку существенные деформации поверхности могут отрицательно повлиять на поле зрения встроенных камер. Поэтому они решили разработать альтернативный захват, который может распознавать объекты с высокой точностью, даже если он значительно деформирован, скручен или согнут вокруг объектов.

«FlexiRay — это гибкий роботизированный палец, который «видит» то, к чему прикасается», — объяснил Донг. «Он построен на основе биологической структуры под названием Fin Ray Effect, которая позволяет ему пассивно обволакивать объекты, например рыбий плавник. Он работает с использованием внутренней камеры и уникальной «многозеркальной» оптической системы».

Обычно, когда мягкий роботизированный палец сгибается, он блокирует поле зрения встроенных в него камер. С другой стороны, захват команды имеет уникальную внутреннюю оптическую архитектуру, которая позволяет ему динамически перенаправлять поле зрения камеры в ответ на пассивную деформацию пальцев.

«По сути, механическая деформация пальца заставляет оптическую систему «смотреть» за углы», — сказал Донг. «Это позволяет FlexiRay охватывать объекты неправильной формы (например, рыбий плавник), сохраняя при этом непрерывный беспрепятственный обзор контактной поверхности.

«Он превращает структурное препятствие из помехи в функциональный механизм для полного охвата зондирования. Его «кожа» представляет собой многослойную подушечку, содержащую термохромные (меняющие цвет под воздействием тепла) и светоотражающие материалы».

Основное преимущество FlexiRay заключается в том, что он может надежно собирать визуальную и тактильную информацию, даже если он создан с использованием очень гибких материалов. С помощью одной камеры роботизированный захват может точно определять приложенную силу, собственную форму и место соприкосновения с объектом, а также текстуру и температуру объекта.

«В ходе первоначальных испытаний наша роботизированная рука достигла более 90 % эффективное сенсорное покрытие даже во время больших деформаций», — сказал Донг. «Наиболее заметным достижением нашей работы является сдвиг парадигмы от «избежания деформации» к «использованию деформации». Мы показали, что роботизированный палец может достигать больших пассивных деформаций, необходимых для безопасного и податливого захвата, не жертвуя при этом сенсорным восприятием».

Позволение роботам более надежно манипулировать объектами

Недавно представленная роботизированная рука на данный момент добилась очень многообещающих результатов, которые подчеркивают ее потенциал в манипулировании деликатными объектами и инструментами, с которыми роботы часто плохо справляются. Прототип захвата вскоре может быть усовершенствован или интегрирован с другими компонентами для создания систем, адаптированных для конкретных реальных приложений.

«В отличие от жестких датчиков, которые воспринимают только небольшой плоский участок, FlexiRay обеспечивает огромную эффективную зону чувствительности, поскольку она соответствует форме объекта», — сказал Донг.

«Преобразуя крупные структурные деформации в достоверные оптические сигналы, мы успешно воспроизвели пять человеческих чувств (сила, местоположение, текстура, температура и проприоцепция) в одном прочном мягком теле».

В будущем FlexiRay может оказаться полезным для манипулирования различными объектами реального мира, от деликатных сельскохозяйственных продуктов до нестандартных упаковок. Поскольку он основан на более мягких материалах, чем многие роботизированные руки, представленные в прошлом, он может быть безопаснее при использовании вблизи людей или объектов, которые можно легко повредить.

«В настоящее время FlexiRay работает как захват, но наши будущие исследования направлены на расширение этой технологии до полностью многопалых роботизированных рук, чтобы обеспечить еще более сложные манипуляции», — добавил Донг.

«Мы также планируем интегрировать это оборудование с системы имитационного обучения. Это позволит роботам учиться ловкости и безопасности непосредственно на человеческих демонстрациях, используя богатые тактильные и тепловые данные, которые предоставляет FlexiRay, чтобы лучше понимать физический мир».

© 2026 Сеть Science X