Da điện tử cho phép robot tương tác thực với con người

Tương tác giữa người- robot nhờ da điện tử

Sự phối hợp vật lý giữa con người và robot phức tạp hơn so với những kịch bản không tương tác hoặc phản ứng thuần túy. Nhóm nhà khoa học trong công trình nghiên cứu đặt ra mục tiêu: Các robot không chỉ giải quyết nhiệm vụ phối hợp mà còn phải tuân thủ theo tác động ngoại lực của con người.

Ví dụ, robot phục hồi chức năng thực hiện nhiệm vụ hướng dẫn chi của bệnh nhân, đồng thời phải tuân thủ các yêu cầu ngăn ngừa gây thương tích. Tương tự như vậy, các robot công nghiệp phải phản ứng với những tương tác lực của đồng nghiệp – con người với môi trường xung quanh, thực hiện nhiệm vụ phối hợp lắp ráp máy móc trang bị.

Theo GS Gordon Cheng, Giám đốc Chủ tịch Hệ thống nhận thức (TUM), một khía cạnh quan trọng của sự hợp tác tự nhiên là khả năng robot cảm nhận được lực tiếp xúc trên toàn bộ cơ thể. Ví dụ, chúng ta có thể đẩy cánh tay robot để hướng dẫn đến vị trí mong muốn hoặc đẩy nhẹ vào robot để thông báo, chúng tôi cần thêm không gian và robot cần dịch chuyển ra. Thông tin được tạo ra bởi một làn da cảm biến xúc giác robot từ va chạm có thể tạo điều kiện thuận lợi cho sự hợp tác giữa con người và máy móc.

Trong công trình nghiên cứu, nhóm nhà khoa học phát triển da robot (được gọi là e-skin) để tương tác giữa người-robot, cho phép tiếp xúc trên toàn bộ bề mặt của cánh tay robot.

Da điện tử (e-skin) trên robot là một hệ thống tự tổ chức bao gồm các môđun cảm biến hình lục giác, “tế bào da” gắn kết với nhau thành những “mảng da” linh hoạt và phù hợp với các bề mặt 3D tùy ý của robot. Tế bào da là phần tử cứng có kích thước gần bằng đồng xu. Mỗi tế bào da nhúng một bộ vi điều khiển và một bộ cảm biến xúc giác đa phương thức.

Tế bào da đo áp suất và lực bằng 3 cảm biến lực điện dung, cảm ứng ánh sáng và khoảng cách với cảm biến tiệm cận quang học, rung động với gia tốc kế 3 trục và nhiệt độ với cảm biến nhiệt độ, có 9 phương thức cảm biến. Bộ vi điều khiển của tế bào da lọc cục bộ các phép đo xúc giác thu được, thực hiện giao thức tự tổ chức. Khả năng tự tổ chức và tự cấu hình cho phép mạng lưới các tế bào da tự động thiết lập kết nối với máy tính.

Mặt trước và sau của một tế bào da. Một tế bào da kết nối với tối đa 4 phần tử thông qua bốn cổng kết nối. Các tế bào da tự tổ chức tạo thành da điện tử đa phương thức.

Tích hợp các tác vụ trên da

Nhóm nghiên cứu do GS Cheng dẫn đầu đã chứng minh được mạng lưới cảm biến trên bề mặt này sẽ mở rộng khả năng của robot trong quá trình hoạt động tương tác với con người, cung cấp thông tin về nhiều tiếp xúc trên bề mặt robot.

Trọng tâm nghiên cứu là tích hợp các tác vụ trên da như hướng dẫn bằng cảm biến xúc giác và kiểm soát lực. Ví dụ, ngăn chặn và loại trừ những tiếp xúc không dự kiến, trong tiếp xúc có chủ đích, robot có thể kiểm soát lực/áp lực khi tương tác với môi trường.

Cách tiếp cận này mang lại sự linh hoạt trong việc tích hợp da vào bất kỳ robot công nghiệp tiêu chuẩn nào, giúp robot tuân thủ hoặc tương tác. TS Simon Armleder, nhà nghiên cứu tại TUM cho biết, ngay cả những quy trình có khả năng dự đoán tình huống cao, vẫn có thể có những tình huống bất ngờ cần sự can thiệp của con người. Đây là nguyên nhân cần những cỗ máy có thể làm việc với con người một cách tin cậy. Robot phải có khả năng cảm nhận sự hiện diện của con người và điều chỉnh hành vi để đảm bảo an toàn và thực hiện nhiệm vụ chính xác theo yêu cầu của con người.

Trong thử nghiệm, da trên cánh tay robot tác động lực mong muốn lên bảng, khi các cảm biến xúc giác tương tác với con người. Các cảm biến khoảng cách giúp robot di động tránh va chạm với môi trường.

Trong một thử nghiệm đơn giản hóa, nhóm nghiên cứu sử dụng một robot hỗ trợ một người treo một tấm áp phích. Robot phải đồng thời tương tác với đối tác, tránh va chạm trong môi trường làm việc và tạo áp lực cần thiết lên tấm áp phích để giữ trên tường.

GS Cheng cho biết: “Chúng tôi tin tưởng, sẽ có nhiều robot hơn với hệ thống cảm biến xúc giác tốt hơn bao phủ toàn bộ bề mặt của người máy, tương tự như da robot toàn cơ thể mà chúng tôi đã phát triển nhưng ở cấp độ tinh vi hơn. Thành tựu này sẽ cho phép robots tương tác linh hoạt với môi trường làm việc và với đồng nghiệp con người”.