Роботы в свитерах могут чувствовать и реагировать на человеческое прикосновение

Качества, которые делают вязаный свитер удобным и удобным для ношения, — это те же качества, которые могут позволить роботам лучше взаимодействовать с людьми.

РоботСвитерразработанный исследовательской группой из Института робототехники Университета Карнеги-Меллона, представляет собой текстильную «кожу» машинной вязки, которая может ощущать контакт и давление.

«Мы можем использовать это, чтобы сделать робота умнее во время его взаимодействия с людьми», — сказал Чанлю Лю, доцент кафедры робототехники в Школе компьютерных наук.

Точно так же, как вязальщицы могут взять любой вид пряжи и превратить его в носок, шапку или свитер любого размера и формы, вязаная ткань RobotSweater может быть адаптирована к неровным трехмерным поверхностям.

«Вязальные машины могут формировать из пряжи неплоские формы, которые могут быть изогнутыми или комковатыми», — сказал Джеймс Макканн, доцент SCS, чьи исследования были сосредоточены на текстильное производство в последние годы. «Это заставило нас задуматься, может быть, мы могли бы сделать датчики, которые подходили бы к изогнутым или неуклюжим роботам».

После вязания ткань может использоваться, чтобы помочь роботу «чувствовать», когда к ней прикасается человек, особенно в промышленных условиях, где безопасность имеет первостепенное значение. Актуальные решения для обнаружения взаимодействие человека и робота в промышленности выглядят как щиты и используют очень жесткие материалы, которые, как отмечает Лю, не могут покрыть все тело робота, потому что некоторые части должны деформироваться.

«С помощью RobotSweater все тело робота может быть покрыто, поэтому он может обнаруживать любые возможные столкновения», — сказал Лю, чьи исследования сосредоточены на промышленных применениях робототехники.

Трикотаж RobotSweater состоит из двух слоев проводящей пряжи с металлическими волокнами для проведения электричества. Между ними находится сетчатый слой с кружевным рисунком. Когда на ткань оказывается давление — скажем, от чьего-то прикосновения — токопроводящая нить замыкает цепь и считывается датчиками.

«Сила сталкивает ряды и столбцы вместе, чтобы закрыть соединение», — сказал Вэньчжэнь Юань, доцент SCS и директор лаборатории RoboTouch. «Если через проводящие полосы действует сила, слои соприкасаются друг с другом через отверстия».

Помимо того, как разработать вязаные слои, включая десятки, если не сотни образцов и тестов, команда столкнулась с другой проблемой при подключении проводки и электронных компонентов к мягкому текстилю.

«Было много кропотливого физического прототипирования и настройки», — сказал Макканн. «Студентам, работавшим над этим, удалось перейти от того, что казалось многообещающим, к тому, что действительно работало».

Что сработало, так это обернуть провода вокруг кнопок, прикрепленных к концам каждой полосы в трикотажном полотне. По словам Макканна, Snap — это экономичное и эффективное решение, так что даже любители, создающие текстиль с электронными элементами, известный как электронный текстиль, могли бы использовать их.

«Вам нужен прочный способ соединения этих элементов, чтобы он выдерживал растяжение, но не разрушал пряжу», — сказал он, добавив, что команда также обсуждала использование гибких печатных плат.

После установки на корпусе робота RobotSweater может определять распределение, форму и силу контакта. Он также более точен и эффективен, чем визуальные датчики, на которые сейчас полагаются большинство роботов.

«Робот будет двигаться так, как его подталкивает человек, или может реагировать на социальные жесты человека», — сказал Юань.

В своем исследовании команда продемонстрировала, что нажатие на компаньона робот оснащенный RobotSweater, говорил ему, в какую сторону двигаться или в каком направлении поворачивать голову. При использовании на рука роботаRobotSweater позволял человеку толкать руку, чтобы направлять движение руки, в то время как захват руки говорил ему открывать или закрывать захват.

В будущих исследованиях команда хочет изучить, как запрограммировать реакции на смахивание или щипковые движения, используемые на сенсорном экране.

Команда, в том числе доктор философии SCS. студенты Зилин Си и Тяньхун Кэтрин Ю, а также приглашенная студентка бакалавриата Катрен Морозов из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре представят исследовательскую работу RobotSweater на конференции 2023 Международная конференция IEEE по робототехнике и автоматизации (ИКРА). Исследование также опубликовано на arXiv сервер препринтов.