Свитер

Исследователи из Университета Карнеги-Меллона создают ткань и сенсорную систему для измерения контакта и давления

Университет Карнеги Меллон

Изображение: RobotSweater, разработанный исследовательской группой Института робототехники и показанный здесь на роботизированной руке, представляет собой текстильную «кожу», связанную машинной вязкой и способную воспринимать контакт и давление.посмотреть больше

Фото: Университет Карнеги-Меллон.

Качества, которые делают вязаный свитер удобным и легким в ношении, — это те же качества, которые могут позволить роботам лучше взаимодействовать с людьми.

RobotSweater, разработанный исследовательской группой из Института робототехники Университета Карнеги-Меллона, представляет собой текстильную «кожу» машинной вязки, способную чувствовать контакт и давление.

«Мы можем использовать это, чтобы сделать робота умнее во время его взаимодействия с людьми», — сказал Чанлю Лю, доцент кафедры робототехники в Школе компьютерных наук.

Точно так же, как вязальщицы могут взять любую пряжу и превратить ее в носок, шапку или свитер любого размера и формы, вязаная ткань RobotSweater может быть адаптирована к неровным трехмерным поверхностям.

«Вязальные машины могут формировать пряжу в неплоских, изогнутых или комковатых формах», — сказал Джеймс Макканн, доцент SCS, чьи исследования в последние годы были сосредоточены на производстве текстиля. «Это заставило нас задуматься, возможно, мы могли бы создать датчики, которые можно было бы разместить на изогнутых или неровных роботах».

После вязания ткань можно использовать, чтобы помочь роботу «почувствовать», когда к ней прикасается человек, особенно в промышленных условиях, где безопасность имеет первостепенное значение. Современные решения для обнаружения взаимодействия человека и робота в промышленности выглядят как щиты и используют очень жесткие материалы, которые, как отмечает Лю, не могут покрыть все тело робота, поскольку некоторые части должны деформироваться.

«С помощью RobotSweater можно закрыть все тело робота, чтобы он мог обнаружить любые возможные столкновения», — сказал Лю, чьи исследования сосредоточены на промышленном применении робототехники.

Трикотажное полотно RobotSweater состоит из двух слоев проводящей пряжи, состоящей из металлических волокон, проводящих электричество. Между ними находится сетчатый слой с кружевным узором. Когда к ткани прикладывается давление — скажем, от чьего-то прикосновения — проводящая нить замыкает цепь и считывается датчиками.

«Сила сближает строки и столбцы, чтобы замкнуть соединение», — сказал Вэньчжэнь Юань, доцент SCS и директор лаборатории RoboTouch. «Если через проводящие полосы действует сила, слои будут контактировать друг с другом через отверстия».

Помимо проектирования трикотажных слоев, включая десятки, если не сотни образцов и испытаний, команда столкнулась с еще одной проблемой — подключением проводки и электронных компонентов к мягкому текстилю.

«Было много кропотливого физического прототипирования и настройки», — сказал Макканн. «Студентам, работавшим над этим, удалось перейти от того, что казалось многообещающим, к тому, что действительно работало».

Что помогло, так это обернуть проволоку вокруг застежек, прикрепленных к концам каждой полосы трикотажного полотна. По словам Макканна, Snap — это экономичное и эффективное решение, которое смогут использовать даже любители, создающие текстильные изделия с электронными элементами, известные как электронный текстиль.

«Вам нужен прочный способ соединения этих вещей вместе, чтобы он выдерживал растяжение, но не разрушал пряжу», — сказал он, добавив, что команда также обсуждала возможность использования гибких печатных плат.

После установки на тело робота RobotSweater может определять распределение, форму и силу контакта. Он также более точен и эффективен, чем визуальные датчики, на которые сейчас полагаются большинство роботов.

«Робот будет двигаться так, как его толкает человек, или может реагировать на социальные жесты человека», — сказал Юань.

В своем исследовании команда продемонстрировала, что нажатие на робота-компаньона, оснащенного RobotSweater, указывает ему, в какую сторону двигаться или в каком направлении повернуть голову. При использовании на руке робота RobotSweater позволял толчку руки человека направлять движение руки, а захват руки приказывал ему открыть или закрыть захват.