Учені створили для роботів “магнітну шкіру”, яка чутлива до дотиків

З новою штучною шкірою роботи зможуть відрізняти неживі предмети від живих організмів. Це схоже на відчуття дотику в людини. Щоб зрозуміти, живе чи неживе перед машиною, їй достатньо до нього доторкнутися. За допомогою такої шкіри “інтелектуальні” апарати зможуть проводити підводну розвідку родовищ корисних копалин, брати участь у їхньому видобутку, очищати океан від сміття без завдання шкоди морським мешканцям.

Приблизно 70 відсотків поверхні Землі вкрито водою – в основному океанами, які відіграють найважливішу роль у регулюванні глобального клімату. Вони служать життєво важливим поглиначем вуглецю: поглинають 90 відсотків надлишкового тепла, що виділяється в результаті викидів вуглекислого газу, і виробляють 50 відсотків необхідного для нас кисню.

Крім того, океани – це дім для переважної більшості флори і фауни планети; там мешкають тисячі видів живих організмів. Ще в океанах зберігається велика кількість цінних мінеральних ресурсів: запаси нафти, газу, алмазів, золота, платини.

Корисні копалини поверхні суші поступово виснажуються, тому геологи дедалі частіше звертають свій погляд на океанське дно. Однак до природних ресурсів Світового океану не так просто дістатися. Одна з причин – величезний тиск (600 атмосфер і більше), який можуть витримати лише рідкісні та дорогі глибоководні апарати.

Для освоєння ресурсів океанів необхідні передові технології, а саме – “інтелектуальні” автономні підводні роботи, здатні працювати на рівні людини. Причому такі машини мають бути оснащені спеціальними приладами, що дають змогу вести тактильне зондування – досліджувати дно за допомогою “дотиків” і в такий спосіб визначати об’єкти, які знаходяться перед ними.

Інженери розробили цілу серію тактильних датчиків, які застосовують у розпізнаванні об’єктів і текстур у різних галузях промисловості, у робототехніці (в адаптивному захопленні) і людино-машинному інтерфейсі. Але майже всі вони погано працюють у воді, особливо в умовах гідростатичного тиску.

Група вчених з Каліфорнійського університету (США) під керівництвом Цзюнь Чена (Jun Chen) знайшла спосіб, що дає змогу розв’язати цю проблему. Дослідники розробили водонепроникну штучну шкіру для підводних роботів, завдяки якій машини зможуть розпізнавати морські об’єкти за одним “дотиком”. Роботу опубліковано в журналі Science Advances.

У природі деякі магнітні матеріали під дією механічних деформацій можуть змінювати свою намагніченість. Ця властивість в основному спостерігалася у феромагнітних металів і сплавів, а сама вона відома під назвою “магнітопружний ефект”, або “ефект Вілларі”. Експерименти показали, що на цю властивість не впливає вода і вона зберігається навіть після занурення магнітного матеріалу на кілька тижнів у солоне, схоже на морське, середовище.

Саме на цей ефект звернули увагу Чен і його колеги. Дослідники з’ясували, що магнітопружний ефект може проявлятися і в “м’яких” полімерах – речовинах, які застосовують у біомедицині та робототехніці, наприклад, для виготовлення м’яких м’язів. Ці знання вчені використовували під час розроблення штучної шкіри, яка здебільшого складається з еластичного полімеру та масиву крихітних потужних магнітів, що перетворюють будь-який фізичний дотик на зміну магнітного поля, а також двох шарів із датчиків магнітної індукції, які перетворюють зміни магнітного поля на електричні сигнали.

Потім Чен і його команда “натягнули” шкіру на роботизовану руку і випробували її в лабораторії. Рука повинна була випадковим чином захоплювати як “живі цілі” (молюск, морський равлик, морський гребінець, морська зірка), так і “неживі” – морське сміття (кришка від пляшки, паперовий стакан, пластикова пляшка). Модель штучного інтелекту, навчена розшифровувати сигнали датчиків, що надходять зі шкіри під час вправ із захоплення, показала 95%-ву точність у розпізнаванні різних об’єктів.

За словами розробників, створена ними сенсорна система на базі штучного інтелекту не потребує великих обчислювальних потужностей і може доповнити зір підводних роботів. Крім того, за допомогою такої системи автономні апарати зможуть досить швидко виконувати завдання в океані, в яких потрібно робити захоплення предметів, що заощадить час і гроші в процесі дорогих підводних місій.

Вчені вважають, що в майбутньому їхню розробку зможуть використовувати глибоководні роботи, які проводять розвідку родовищ корисних копалин на океанському дні, а також апарати, задіяні в очищенні океанів або морів від сміття. Якщо маніпулятор, на який буде “натягнута” шкіра, зможе розрізняти “живе” і “мертве”, він не заподіє шкоди мешканцям підводного світу.