В течение многих лет машинное зрение было одним из основных методов сбора роботами данных об объектах, с которыми они работают. Миллионы, если не миллиарды долларов были вложены в самые четкие камеры с самым высоким разрешением, самое быстрое программное обеспечение для обработки изображений и интеллектуальные процедуры искусственного интеллекта (ИИ) для обнаружения объектов и построения маршрутов движения, чтобы избежать столкновений или повреждения перемещаемых объектов. Но не только визуальная информация может рассказать многое об объекте, но и осязание.
Но давайте вернемся к сути робототехники. Цель роботов на рабочем месте – заменить людей, особенно в опасных, повторяющихся, скучных или точных работах. Люди используют больше, чем просто свое зрение, чтобы манипулировать объектами. Важным компонентом правильного обращения с объектами является осязание работника.
Осязание можно использовать для определения текстуры поверхности, жесткости, твердости, температуры и веса твердых объектов. Оно также может в некоторой степени определять наличие загрязнения или влаги, спелость фруктов и овощей и иметь другие более специализированные свойства. У людей мозг использует всю эту информацию для принятия управляющих решений о том, как брать, манипулировать, ловить или обращаться с объектом. Сила захвата и расположение этих предметов естественным образом формируются в детстве. На уроках физкультуры осязание предоставляет мозгу ребенка соответствующую информацию, которая позволяет ему поймать мяч. Это также позволяет ему крепко сжимать и бросать бейсбольный мяч, но при этом аккуратно срывать помидор с лозы, не раздавливая его. Самое главное, что эти действия выполняются, по крайней мере, на рудиментарном уровне, без особых сознательных размышлений. С практикой людей можно научить большему количеству способностей. В первый раз, когда студент-сварщик надевает защитные перчатки, он теряет чувство осязания. Такие студенты неловко обращаются со сварочным оборудованием, пока не потренируются и не натренируют свой мозг чувствовать сквозь перчатки.
Если люди так хорошо умеют собирать предметы и манипулировать ими, зачем вообще использовать роботов? В то время как человеческое прикосновение и вычислительная мощность мозга велики, человеческое тело, естественно, в некоторых отношениях слабее. У людей ограниченное количество суставов, определенная сила, и они могут выдерживать только определенные условия. Роботизированные манипуляторы, с другой стороны, могут быть спроектированы с бесконечным числом комбинаций суставов для обработки всех диапазонов движения. Кроме того, роботы могут выдерживать более высокие и низкие температуры, поднимать более тяжелые предметы и двигаться намного быстрее и точнее, чем люди. Чтобы имитировать осязание у роботов, должны быть датчики, способные обнаруживать все тонкости, которые может обнаружить человеческая рука, и должна быть достаточная вычислительная мощность для обработки этих входящих данных. Оттуда процессор может принимать управляющие решения о том, как изменить положение захвата или давление для обработки объекта.
Первым шагом к моделированию прикосновения является разработка датчиков давления, которые ведут себя так же, как нервные окончания в человеческом теле. Если человек с завязанными глазами получает укол булавкой в палец, он точно знает, где острие касается его кожи. Это связано с тем, что нервная система имеет множество окончаний, обеспечивающих точное разрешение давления на каждый кончик пальца. Из-за такого высокого разрешения они могут безопасно брать кнопку, определяя, где находится острие, и прилагать только достаточное усилие, чтобы удерживать кнопку, не повреждая кожу.
Одной из больших проблем при разработке датчика давления для робота является соответствие этому разрешению. В этой области достигнуты большие успехи, отчасти благодаря технологиям сенсорного экрана, которые стали преобладать на всех смарт-устройствах. Хотя механизм немного отличается, сравните сенсорные экраны первого поколения с последними телефонами, и станет очевидным, что разрешение давления становится меньше.
Такие компании, как Touchlab, разрабатывают подобную сенсорную технологию. У них есть несколько многослойных датчиков, которые могут определять давление и местоположение всего с четырьмя проводами в качестве выхода. Их датчики имитируют человеческую кожу с достаточным разрешением и программным управлением, чтобы роботы могли катать ручки по столу, ощущать текстуру и определять давление. Благодаря программному обеспечению эти датчики могут выполнять такие задачи, как поддержание давления ниже болевого порога для человека, что может принести пользу рынкам эргономики, охраны труда и техники безопасности.
Как только эти датчики давления и программные процедуры будут полностью разработаны, их можно будет использовать в ряде отраслей. В сельском хозяйстве роботы-уборщики, переворачиватели яиц, доильные машины для коров и другие подобные механизмы будут иметь более тонкий, но точный захват, предотвращая потерю фруктов, овощей и яиц и, возможно, минимизируя боль скота во время таких операций. В медицине некоторые обследования пациентов могут выполняться роботами, что освобождает время медсестер для выполнения других задач. Это также сведет к минимуму риск заражения, поскольку робота легче стерилизовать, чем медсестру, спешащую между палатами.
Экзоскелеты – еще один потенциальный рынок для этих датчиков. Для погрузочно-разгрузочных работ с тяжелыми материалами рабочие могут надеть экзоскелет, который выполняет большую часть механических операций по удерживанию и подъему, хотя движением управляет человек. С помощью этих похожих на кожу датчиков давления экзоскелет потенциально может предотвратить усталость, находя точки давления и места, где на тело человека оказывается избыточное напряжение. Это будет важно, так как экзоскелеты, вероятно, будут доступны только в определенных размерах, а люди бывают разных размеров, а это означает, что никогда не будет идеальной подгонки.
Ключ к воспроизведению человеческого прикосновения зависит как от передовой сенсорной технологии, так и от умнейших алгоритмов, которые решают, что делать со всеми данными, поступающими от датчиков давления. Хотя эти технологии все еще находятся в зачаточном состоянии, они обещают применение в будущем. Невозможно смоделировать все, на что способен человеческий мозг и нервная система, но при некоторой творческой инженерии, возможно, можно будет воспроизвести и улучшить достаточное количество вещей, чтобы роботы могли выполнять повторяющиеся, опасные, точные или скучные работы, служа своим хозяевам-людям.
© digitrode.ru