Belegung

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*Dieser Artikel ist der Inhalt der 13. Ausgabe von „Half Moon Talk“ im Jahr 2024

Warum ist es so schwierig, einem Roboter die Hand zu geben?

Babys können schon im Alter von einem Jahr das Los ziehen, aber einen Roboter das Greifen lernen zu lassen, ist etwas, das Hunderte von Top-Fachzeitschriften nicht klar erklären können.

Wissenschaftler sagen uns, dass es für einen Roboter schwieriger ist, einen Ballon aufzuheben oder ein Glas zu heben, als Schach zu spielen wie ein Mensch, zu sprechen wie ein Mensch oder zu gehen wie ein Mensch. „Vor zehn Jahren gab es in unserem Kreis ein Sprichwort: ‚Gib Robotern nicht die Hand‘“, sagte Shen Guozhen, Direktor des Instituts für flexible elektronische Geräte und intelligente Fertigung am Beijing Institute of Technology.

Warum sagst du das? Was fehlt an der Art und Weise, wie ein Roboter, der nicht weiß, wie man Hände schüttelt, mit der Welt interagiert?

Ohne Haut ist es wirklich anders

erweisen sich als--

„In der Vergangenheit hatten Roboter keinen Tastsinn und konnten ihre Kraft nicht kontrollieren. Wenn sie Menschen die Hand schüttelten, wussten sie nicht, wann sie ihre Hände loslassen sollten. Wenn sie nicht aufpassten, könnten sie den Menschen die Knochen brechen.“ Hände.“ Shen Guozhens Antwort enthüllte einen wichtigen Kern der Roboterforschung – den Körper des Roboters. Es fehlt ein menschliches Organ, und es ist das größte: die Haut.

Ohne Haut ist es für Roboter schwierig, einen ausgeprägten Tastsinn zu entwickeln. Eines der klassischen Roboterbilder der Filmgeschichte, „Edward mit den Scherenhänden“, bei dem Menschen versehentlich mit Gewalt verletzt werden, ist in Robotiklaboren auch heute noch keine Seltenheit.

Aus diesem Grund haben wir bereits darüber gesprochen, dass Roboter Aufsätze schreiben und Schach spielen, aber von Robotern, die Hausarbeit geschickt erledigen, haben wir noch nichts gehört.

Berührung ist eigentlich eine „Kombination“ mehrerer sensorischer Informationen: der Ort des Kontakts, die Größe und Richtung der Kontaktkraft, die Temperatur, Textur und Härte des Kontaktobjekts (oder sogar des Nichtkontaktobjekts) ... Unsere Die Haut kann diese Informationen äußerst empfindlich erfassen. Die Hinweise werden an das Gehirn weitergeleitet und viele unserer unbewussten Reaktionen und Handlungen werden ausgelöst.

Man kann sagen, dass die Haut nicht nur eine fast 2 Quadratmeter große Befestigungsschicht auf der Körperoberfläche ist, sondern auch die Kommunikationsverbindung und Interaktion zwischen Menschen und der Welt um sie herum.

Wie wäre es also, dem Roboter einen Skin hinzuzufügen? Können Roboter die Umwelt wie Menschen wahrnehmen und sich an sie anpassen?

Roboterhand, ausgestattet mit bionischer dreidimensionaler elektronischer Haut, interagiert mit menschlicher Hand

Elektronische Haut, was genau ist das?

Natürlich sehen nicht alle Roboter in Filmen wie Edward aus.

Obwohl der Roboter Alita, die Protagonistin des Science-Fiction-Films „Alita“, dünn ist, ist sie eine „sechseckige Kriegerin“. Ihre Kampfkraft beruht auf „schwarzer Technologie“, einschließlich elektronischer Haut, die empfindlicher als Menschen ist.

Ja, elektronische Haut. Elektronische Haut ermöglicht es Robotern, ihren eigenen Körper und die Umgebung vollständig wahrzunehmen und ist heute zu einem wichtigen Forschungsgebiet in der Robotik geworden.

Nachdem der Roboter mithilfe der elektronischen Haut einen Tastsinn entwickelt hat, kann er die Drucksignale in der Umgebung vollständiger und genauer lesen und seine Aktionen werden flexibler und effektiver. Im Allgemeinen mangelt es aktuellen Robotern an einer präzisen Kraftrückmeldung auf Objekte, was es schwierig macht, kleine oder weiche Objekte genau zu greifen und zu manipulieren. Elektronische Haut kann zukünftigen Robotern ein Paar „geschickte Hände“ geben, und es könnte einfach sein, hochpräzise Operationen durchzuführen.

Was genau ist elektronische Haut?

Shen Guozhen führte ein, dass die menschliche Haut aus Epidermis, Dermis und Unterhautgewebe besteht und elektronische Haut eine ähnliche „Sandwich“-Struktur aufweist, die aus Elektrodenmaterialien, aktiven Materialien und flexiblen Substraten besteht. Das Elektrodenmaterial dient als elektrische Verbindungsschicht und befindet sich auf beiden Seiten des aktiven Materials, um elektrische Signale zu empfangen und zu übertragen. Die Funktion des aktiven Materials besteht darin, Umweltreize in erkennbare elektrische Signale umzuwandeln Die elektronische Haut und die Verbindung mit dem Roboterkörper passen zusammen.

Welche Probleme müssen gelöst werden, um eine elektronische Haut zu entwickeln? Das erste Problem ist die „Weichheit“ des Materials. Der Schlüssel zur elektronischen Haut liegt im Wort „weich“. Materialien, die als Haut dienen können, müssen flexibel und dehnbar sein, nicht starr und spröde. Wie ist es möglich, „sanft die Finger zu drehen“?

Mittlerweile gibt es in der wissenschaftlichen Gemeinschaft drei Forschungsrichtungen. Die erste konzentriert sich auf die physikalische Flexibilität und strebt die Entwicklung von Materialien in kleineren Maßstäben an. Beispielsweise kann weiches und hoch biokompatibles Nanosilizium als biochemischer Sensor eingesetzt werden, um Hautfunktionen bis zu einem gewissen Grad zu erreichen. Der zweite Faktor beruht auf struktureller Flexibilität. Es werden Anstrengungen unternommen, verschiedene neuartige mechanische Strukturen aus Metallen und anderen Substanzen wie Federn, Spiralen, Schlangen usw. zu entwickeln und traditionelle harte Materialien in neue Materialien mit guten Dehn- und Biegefähigkeiten umzuwandeln. Andere Wissenschaftler versuchen, die inhärente Flexibilität zu durchbrechen und die Eigenschaften von Polymermaterialien durch Polymertechnik so zu verändern, dass sie hohe Zugeigenschaften und sogar Selbstheilungsfunktionen aufweisen.

Um eine elektronische Haut zu entwickeln, müssen wir auch an der Sensorfunktion arbeiten. Sensoren sind die Grundlage für die Wahrnehmung der Umgebung durch Maschinen. Sie können Druck und Temperatur erfassen, verschiedene berührte Objekte beurteilen und erkennen, ob es sich bei dem Gegenstand in Ihrer Hand um einen Pfirsich oder ein Ei handelt. Der taktile Sensor muss verschiedene Eigenschaften der Oberfläche des Kontaktobjekts möglichst vollständig erfassen und stellt besonders hohe Anforderungen an die Tastempfindlichkeit.

Die vom Team von Shen Guozhen entwickelte flexible, dehnbare und multifunktionale elektronische Haut kann zur Echtzeitüberwachung menschlicher physiologischer Signale verwendet werden.

Darüber hinaus stellt die effiziente Übertragung der von den Sensoren erfassten Signale ein Problem dar. Der Schlüssel liegt darin, wie man den Verlust von Signalen während der Übertragung an das „Gehirn“ des Roboters minimieren kann.

Elektronischer Skin, holen wir uns auch einen?

Tatsächlich ist elektronische Haut nicht nur die nächste Generation der Ausrüstung für Roboter, sondern auch für uns selbst „würdig“.

Heutzutage, da die Virtual-Reality-Technologie auf dem Vormarsch ist, könnte elektronische Haut eine wichtige Hilfe für Menschen sein, sich im Metaversum zurechtzufinden. In der virtuellen Welt kann elektronische Haut den Tastsinn weitestgehend wiederherstellen und es den Menschen nicht nur ermöglichen, virtuelle Objekte fast realistisch zu „berühren“, sondern sie kann sogar die Gefühle wiederherstellen, die den Menschen durch die Brise, den Wasserfluss und das Feuer vermittelt werden. Das Gefühl des Eintauchens und der Realität wird erheblich verbessert.

Darüber hinaus kann die elektronische Haut Patienten mit Verbrennungen, Verbrühungen und Amputierten dabei helfen, ihren Tastsinn wiederzuerlangen und weiterhin ein besseres Leben zu genießen.

Wie kann elektronische Haut gewöhnlichen Menschen helfen, die körperlich und geistig dazu in der Lage sind? „Es kann als Gerät zur Überwachung der menschlichen Gesundheit fungieren. Die elektronische Haut steht in direktem Kontakt mit dem menschlichen Körper und kann den Echtzeitstatus unserer Körperdaten (wie Herzfrequenz, Körpertemperatur, Blutzucker und Blutdruck) direkt messen.“ ) durch hochpräzise Sensoren, was einer Präzision entspricht. Das Niveau des ‚Gesundheitsarmbandes‘ ist sprunghaft gestiegen.“ Shen Guozhen sagte, dass diese Art von Technologie ausgereift sei und Produkte nach und nach auf den Markt kommen würden.

Tatsächlich haben Wissenschaftler eine mutigere Idee: Können die Funktionen von Smartphones in eine elektronische Haut integriert werden? Wenn der Sensor der elektronischen Haut empfindlich genug ist, der Schaltkreis glatt und die Leistung stabil ist, wäre es dann nicht logisch, auf verschiedene Positionen der elektronischen Haut zu „klicken“, um Nachrichten zu senden und zu empfangen und Anrufe zu tätigen?

Vielleicht können wir dann wirklich unsere Mobiltelefone weglegen und entspannt ausgehen.

Originaltitel „Wagen Sie es, einem Roboter die Hand zu schütteln?“ 》

Banyuetan-Reporter: Zhang Manzi/Herausgeber: Fan Zhongxiu

Herausgeber: Qin Daixin/Korrektor: Zhang Ziqing