Роборуку научили чувствовать предметы с помощью солнечных панелей

Британские инженеры разработали новую конструкцию роборуки, которая способна распознавать прикосновение к предметам при помощи небольших солнечных панелей на ее поверхности. При прикосновении часть панелей закрывается от света и прекращает вырабатывать энергию, что можно интерпретировать как контакт. Также в руке есть инфракрасные светодиоды, которые вместе с солнечными панелями работают как датчик приближения. Статья о разработке опубликована в IEEE Transactions on Robotics.

Как правило, роборуки и промышленные манипуляторы умеют определять контакт с предметами, чтобы, с одной стороны, надежно их захватывать, а с другой — не повреждать их излишним сдавливанием. Для определения контакта используются разные методы, чаще всего это измерение усилия на захвате и простой контроль соприкосновения. Эти методы работают и используются в том числе в серийных роботизированных манипуляторах, но инженеры продолжают разрабатывать новые конструкции и подходы к контролю захвата предметов, например, датчики на основе жидкого сплава или оптических волокон.

Инженеры из Университета Глазго под руководством Равиндера Дахия (Ravinder Dahiya) предложили использовать для обнаружения контакта солнечные панели. Принцип работы такого датчика прост: при контакте предмета с поверхностью, оборудованной массивом солнечных панелей, некоторые панели перекрываются и перестают вырабатывать энергию. Таким образом, помимо самого контакта можно определить и его место на поверхности.

Авторы собрали прототип роборуки с таким принципом обнаружения контакта, взяв за основу 3D-печатную роборуку с пятью пальцами, которую они описали в своей предыдущей статье. Они наклеили на ее ладонь массив из 25 небольших квадратных солнечных панелей размером в один сантиметр. Также они встроили в запястье еще три квадратные панели, но размером в пять сантиметров каждая, чтобы вырабатывать дополнительную энергию. Это позволяет покрывать энергией основной микроконтроллер датчиков и всю сопутствующую электронику: они потребляют до 233,9 милливатт мощности, а солнечные панели дают на 692 милливатт больше. Таким образом, даже если часть панелей будет закрыта предметом, при ярком освещении система все равно сможет обеспечивать себя энергией для работы.

Роборука также способна определять приближение объектов, даже если они находятся на расстоянии от ладони. Для этого между квадратными солнечными панелями на ладони установлены инфракрасные светодиоды. Они излучают импульсный сигнал с частотой 20 килогерц и рабочим циклом 50 процентов, то есть чередуют яркое излучение с его отсутствием. Это излучение отражается от близких объектов и попадет на солнечные панели, причем чем ближе находится объект, тем выше уровень отраженного излучения, попадающего на панели. А модуляция сигнала позволяет обнаружить его на графике выработки энергии и отделить от естественного изменения освещенности.

Разработчики показали на видео несколько примеров работы руки. В одном из них она сумела захватить мячик, который приблизился к ладони, а в другом держала заданное расстояние от руки человека, которая двигалась в разные стороны.

В 2018 году инженеры из Disney Research представили мягкую надувную роборуку с пальцами, которые чувствуют силу прикосновения благодаря повышению давления при контакте.

Григорий Копиев