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受生物启发的皮肤可改善机器人的感觉能力

敏感的合成皮肤使机器人能够感知自己的身体和周围环境-如果要与人紧密接触,这是一项至关重要的功能。受到人体皮肤的启发,慕尼黑工业大学(TUM)的一个团队开发了一种将人造皮肤与控制算法结合在一起的系统,并用它创建了第一台具有全身人造皮肤的自主人形机器人。

由Gordon Cheng教授及其团队开发的人造皮肤由六角形细胞组成,其大小约为2欧元硬币(即直径约1英寸)。每个都配有微处理器和传感器以检测接触,加速度,接近度和温度。这种人造皮肤使机器人能够更详细,更灵敏地感知周围环境。这不仅帮助他们安全移动。这也使它们在人附近操作时更安全,并使他们能够预测并积极避免事故发生。

皮肤细胞本身是由TUM认知系统教授Gordon Cheng于10年前开发的。但是,本发明仅在将其集成到复杂的系统中时才显示出其全部潜力,如《 IEEE议事录》(Proceedings)最新一期所述。

通过基于事件的方法提高计算能力

开发机器人皮肤的最大障碍一直是计算能力。人体皮肤约有500万个受体。实现来自人造皮肤中传感器的数据的连续处理的努力很快就达到了极限。以前的系统很快就被数百个传感器的数据所淹没。

为了克服这个问题,Gordon Cheng和他的团队使用NeuroEngineering方法不连续监视皮肤细胞,而是使用基于事件的系统进行监视。这样最多可减少90%的处理工作量。诀窍:仅当值更改时,各个单元才从其传感器传输信息。这类似于人类神经系统的工作方式。例如,当我们第一次戴上帽子时,我们会感到一顶帽子,但是我们很快就习惯了这种感觉。直到风将其从我们的头上吹走之前,无需再次注意帽子。这使我们的神经系统专注于需要身体反应的新印象。

即使身体紧密接触也能确保安全

通过基于事件的方法,Cheng教授及其团队现在已成功地将人造皮肤应用于不依赖任何外部计算的人类大小的自主机器人。H-1机器人的上身,手臂,腿部甚至脚底都装有1260个单元格(带有13000多个传感器)。这给它带来了新的“身体感觉”。例如,H-1的脚灵敏,能够应对不平坦的地面,甚至可以平衡一只脚。

H-1具有特殊的皮肤,甚至可以安全地拥抱一个人。这听起来并不简单:机器人可以施加会严重伤害人类的力量。在拥抱期间,两个身体在许多不同的地方接触。机器人必须使用这些复杂的信息来计算正确的运动并施加正确的接触压力。Gordon Cheng解释说:“这在工业应用中可能不那么重要,但是在护理等领域,必须将机器人设计为与人之间非常紧密的接触。”

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