I robot sensibili sono più sicuri
La pelle artificiale sensibile consente ai robot di sentire il loro corpo e il loro ambiente. Questo è fondamentale per uno stretto contatto con le persone. Un team dell’Università tecnica di Monaco (TUM) ha sviluppato un sistema di algoritmi di controllo e pelle artificiale ispirati a modelli biologici. Questa era la prima volta che un robot autonomo di dimensioni umane poteva essere dotato di pelle artificiale su una vasta area.
La pelle artificiale sviluppata dal Prof. Gordon Cheng e dal suo team è costituita da cellule esagonali delle dimensioni di una moneta da due euro. Ciascuno è dotato di un microprocessore e sensori che misurano tocco, accelerazione, avvicinamento e temperatura. Tale pelle artificiale consente ai robot di percepire il loro ambiente in modo molto più dettagliato e sensibile. Questo non solo li aiuta a muoversi in sicurezza. Assicura inoltre che le macchine siano più sicure da gestire e possano prevenire attivamente gli incidenti.
Le stesse cellule della pelle sono state sviluppate da Gordon Cheng, professore di sistemi cognitivi presso la TUM , circa dieci anni fa. Tuttavia, questa invenzione mostra dapprima il suo pieno potenziale come parte di un sofisticato sistema che è stato ora presentato nella rivista “Proceedings of IEEE”.
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Il più grande ostacolo allo sviluppo della skin robotica è stato finora la capacità di elaborazione. La pelle umana ha circa cinque milioni di recettori. Se vuoi valutare in modo permanente i dati provenienti dai sensori in pelle artificiale, vedrai rapidamente i limiti. I sistemi precedenti erano già occupati con i dati di alcune centinaia di sensori.
Per risolvere questo problema, Gordon Cheng e il suo team hanno scelto un approccio di neuroingegneria. Non monitorano permanentemente le cellule della pelle, ma utilizzano un cosiddetto sistema basato su eventi. Ciò riduce lo sforzo computazionale fino al 90 percento. Il trucco: le singole celle trasmettono informazioni dai loro sensori solo quando i valori misurati cambiano. Il nostro sistema nervoso funziona in modo simile. Ad esempio, sentiamo un cappello nel momento in cui lo indossiamo, ma ci abituiamo rapidamente. Dal momento che non è necessario prestare attenzione permanente al cappello, ne veniamo a conoscenza solo quando ci fa esplodere la testa. Il nostro sistema nervoso può quindi concentrarsi su nuove impressioni a cui il corpo deve rispondere.
Sicurezza anche con stretto contatto con il corpo
L’approccio basato sugli eventi ha permesso per la prima volta a un robot autonomo di dimensioni umane, non dipendente da calcoli esterni, di essere dotato di pelle artificiale. Il robot H-1 è dotato di un totale di 1260 cellule e quindi più di 13.000 sensori sulla parte superiore del corpo, braccia, gambe e persino sulla pianta dei piedi, che forniscono una nuova “sensazione corporea”. Ad esempio, la pelle delle suole H-1 aiuta a rispondere a terreni irregolari e persino a bilanciarsi su una gamba.
Attraverso la pelle, H-1 è in grado di abbracciare in modo sicuro un essere umano. Questo è meno banale di quanto sembri: i robot possono esercitare forze che ferirebbero gravemente le persone. In abbracci, un robot ha un contatto con una persona in molti punti diversi e ha bisogno di calcolare rapidamente i giusti movimenti e sforzi da queste informazioni complesse. “Potrebbe non essere così importante nel settore, ma in settori come l’assistenza, i robot devono essere molto vicini alle persone”, spiega Gordon Cheng.
Variabile e robusto
Anche il sistema di skin robot di Gordon Cheng è particolarmente robusto e variabile. Poiché la pelle non è composta da un solo pezzo ma da cellule, è ancora funzionale anche se le singole cellule falliscono. “Il nostro sistema è progettato per funzionare facilmente e rapidamente con tutti i tipi di robot”, afferma Gordon Cheng. “Ora stiamo lavorando alla progettazione di cellule epiteliali più piccole che possono essere prodotte in serie in futuro.”
pubblicazioni:
G. Cheng, E. Dean-Leon, F. Bergner, J. Rogelio Guadarrama Olvera, Q. Leboutet and P. Mittendorfer, “A Comprehensive Realization of Robot Skin: Sensors, Sensing, Control, and Applications”. Proceedings of the IEEE (2019). DOI: 10.1109/JPROC.2019.2933348
F. Bergner, E. Dean-Leon, J. R. Guadarrama-Olvera and G. Cheng, “Evaluation of a Large Scale Event Driven Robot Skin“. IEEE Robotics and Automation Letters (2019). DOI: 10.1109/LRA.2019.2930493
J. R. Guadarrama-Olvera, E. Dean-Leon, F. Bergner and G. Cheng, “Pressure-Driven Body Compliance Using Robot Skin“. IEEE Robotics and Automation Letters (2019). DOI: 10.1109/LRA.2019.2928214
Ulteriori informazioni:
Il robot H-1 è stato finanziato dalla German Research Foundation (DFG) nell’ambito di un’importante applicazione di equipaggiamento.
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