Роботы, работающие рядом с людьми, должны одновременно решать две задачи: вовремя замечать приближение человека, чтобы не травмировать его, и аккуратно обращаться с хрупкими предметами, чувствуя малейшее усилие. Традиционные сенсорные системы заставляли инженеров выбирать — либо дальность, либо точность. Мелкие электроды отлично чувствуют касание, но «видят» лишь впритык. Крупные замечают объекты издалека, но грубы для деликатных операций.
Исследователи из Южно-Китайского технологического университета нашли способ обойти этот компромисс. Они создали гибкую емкостную сенсорную матрицу с динамическим экранирующим слоем над массивом электродов. Меняя способ электрического соединения и маскировки, система «сужает» или «расширяет» зону чувствительности — прямо как зрачок человеческого глаза.
Когда мы сосредотачиваемся на книге, зрачки сужаются, чтобы разглядеть мелкие детали. Когда смотрим на темную дорогу — расширяются, чтобы собрать больше света. Мы применили ту же логику к электрическим полям.
— объясняет доктор Се, один из авторов разработки.
В режиме «приближения» экранирование расширяет зону действия, и электроды проецируют поле далеко в пространство. Робот замечает объекты на расстоянии более 90 миллиметров — этого достаточно, чтобы остановить руку до столкновения с человеком. В режиме «касания» зона чувствительности сужается, и система фокусируется на отдельных элементах, улавливая усилие всего в несколько граммов и выдерживая давление до 400 кПа.
Тесты показали, что новая архитектура увеличивает максимальную глубину обнаружения более чем вдвое — на 104,56 процента — по сравнению с традиционными двухрежимными датчиками. При этом тактильная чувствительность не страдает.
У технологии есть и слабые места. Емкостные датчики чувствительны к электромагнитным помехам, перепадам температуры и влажности. На производстве с тяжелым оборудованием это может стать проблемой. Кроме того, для создания микроскопических пор в сенсорах использовался метод жертвенного шаблона, и характеристики отдельных элементов пока разнятся на 6–7 процентов.
Тем не менее, разработка открывает путь к созданию единой адаптивной электронной кожи для роботов, способной заменить сразу несколько сенсорных систем. Если удастся решить проблемы с помехами и воспроизводимостью, промышленные роботы станут не только безопаснее, но и заметно деликатнее. Исследование опубликовано в International Journal of Extreme Manufacturing.
