حس لامسه انسانی با پوست مصنوعی به رباتها رسید
پژوهشگران کرهجنوبی موفق به توسعه نسل جدیدی از پوست مصنوعی شدهاند که به رباتها امکان میدهد همانند پوست انسان، بهطور همزمان دما و فشار را احساس کنند.
به گزارش Phys.org این فناوری که با بهرهگیری از هوش مصنوعی و یک حسگر فوقنازک توسعه یافته میتواند راه را برای نسل آینده رباتهای هوشمند اندامهای مصنوعی و سامانههای هوش مصنوعی فیزیکی هموار کند.
تیمی از پژوهشگران به سرپرستی سونگ هوان کو از دانشکده مهندسی دانشگاه ملی سئول حسگر لمسی چندمنظورهای طراحی کردهاند که قادر است محرکهای حرارتی و مکانیکی را بهطور همزمان در یک ساختار فوقنازک و یکپارچه تشخیص دهد. این فناوری با الهام از عملکرد پوست انسان توسعه یافته و اطلاعات مربوط به دما و فشار را از طریق یک بستر واحد پردازش میکند.
پژوهشگران برای نمایش توانایی این فناوری، یک حسگر قابل نصب را به یک برد سوئیچینگ بیسیم و سامانه هوش مصنوعی متصل کردند. این مجموعه توانست ۲۰ شی روزمره را تنها از طریق اطلاعات لمسی با دقتی نزدیک به حس لامسه انسان شناسایی کند.
نتایج این پژوهش که در نشریه معتبر Nature Materials منتشر شده نشان میدهد این فناوری قابلیت توسعه به پوست مصنوعی با وضوح فضایی مشابه پوست انسان را نیز دارد و میتواند به یکی از فناوریهای کلیدی در توسعه سامانههای هوش مصنوعی فیزیکی تبدیل شود.
گامی مهم برای توسعه هوش مصنوعی فیزیکی
در سالهای اخیر مفهوم هوش مصنوعی فیزیکی به یکی از حوزههای مهم تحقیقات رباتیک تبدیل شده است. برخلاف سامانههای هوش مصنوعی متداول که صرفا دادهها را پردازش میکنند هوش مصنوعی فیزیکی به ماشینها اجازه میدهد محیط اطراف خود را ببینند، لمس کنند، احساس کنند و بر اساس شرایط واقعی تصمیم بگیرند. در چنین سامانههایی، حسگرهایی که بتوانند همزمان اطلاعاتی مانند دما و فشار را دریافت کنند نقش حیاتی دارند.
محدودیت فناوریهای پیشین
به گفته پژوهشگران پوست انسان میتواند انواع محرکهای مختلف از جمله فشار و دما را با سرعت و دقت بسیار بالا پردازش کند اما بیشتر حسگرهای چندمنظوره موجود برای تقلید از این قابلیت از چند حسگر یا چندین لایه مجزا استفاده میکنند.
این ساختارهای چندلایه موجب افزایش ضخامت دستگاه پیچیدهتر شدن طراحی، کاهش سرعت پاسخدهی و دشوار شدن تشخیص دقیق محرکهای مختلف در یک نقطه میشود. از اینرو توسعه حسگری که بتواند همه این قابلیتها را در یک لایه نازک و انعطافپذیر ارائه دهد به یکی از نیازهای اصلی حوزه رباتیک تبدیل شده است.
حسگری که در هر ثانیه ۱۶ بار تغییر حالت میدهد
برای رفع این چالش پژوهشگران حسگری بر پایه شبکهای از نانوسیمهای هسته-پوسته طراحی کردند که از هسته نقره و پوسته اکسید مس تشکیل شده است. این ساختار میتواند در یک دستگاه واحد بین حالت تشخیص دما و حالت تشخیص فشار، در هر ثانیه ۱۶ بار جابهجا شود.
طراحی فوقنازک تکلایه این حسگر باعث شده زمان پاسخدهی آن برای محرکهای مکانیکی به کمتر از یک میکروثانیه و برای محرکهای حرارتی به چند میلیثانیه برسد که عملکردی بسیار سریع محسوب میشود.
افزایش چشمگیر دقت با کمک هوش مصنوعی
محققان برای ارزیابی عملکرد این فناوری یک مدل هوش مصنوعی را با دادههای حاصل از هر دو حالت حسگر آموزش دادند. نتایج نشان داد دقت شناسایی اشیا از حدود ۶۵ درصد در حالتی که تنها از اطلاعات دما یا فشار استفاده میشد به ۹۵ درصد افزایش یافت.
حتی زمانی که حجم دادههای ورودی کاهش داده شد سامانه همچنان دقت بالای ۹۴.۵۳ درصد را حفظ کرد که نشاندهنده پایداری و کارایی بالای این فناوری است.
در آزمایش دیگری نیز حسگر روی نوک انگشت نصب و به یک برد اندازهگیری بیسیم متصل شد. این سامانه توانست ۲۰ شی مختلف روزمره را با دقت ۸۳ درصد تنها بر اساس اطلاعات لمسی شناسایی کند.
پژوهشگران علاوه بر حسگر منفرد یک آرایه چندحسگری نیز توسعه دادند که قادر است توزیع دما و فشار را با وضوحی مشابه پوست انسان اندازهگیری کند. این دستاورد نشان میدهد فناوری جدید قابلیت توسعه به پوست مصنوعی کامل برای پوشش رباتها و اندامهای مصنوعی را دارد.
به گفته محققان این فناوری میتواند در حوزههایی مانند اندامهای مصنوعی، پوست الکترونیکی پوشیدنی، رباتهای نرم، گیرههای رباتیک و رابطهای انسان و ماشین کاربرد گستردهای پیدا کند و به یکی از فناوریهای کلیدی نسل آینده رباتهای هوشمند تبدیل شود.
سونگ هوان کو در این باره گفت این پژوهش برای نخستین بار نشان داده است که میتوان بدون استفاده از ساختارهای چندلایه، محرکهای حرارتی و مکانیکی را در یک حسگر فوقنازک واحد پردازش کرد.
به گفته وی این فناوری میتواند به راهکاری اصلی برای دستیابی رباتها به حس لامسهای در سطح انسان تبدیل شود و در آینده در پوستهای الکترونیکی، اندامهای مصنوعی و رباتیک نرم بهطور گسترده مورد استفاده قرار گیرد.
انتهای پیام/
