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*Questo articolo è il contenuto del tredicesimo numero di "Half Moon Talk" del 2024

Perché è così difficile stringere la mano a un robot?

I bambini possono tirare a sorte quando hanno 1 anno, ma lasciare che un robot impari ad afferrare è qualcosa che centinaia di importanti giornali non riescono a spiegare chiaramente.

Gli scienziati ci dicono che è più difficile per un robot prendere un palloncino o sollevare un bicchiere che giocare a scacchi come un essere umano, parlare come un essere umano o camminare come un essere umano. "Dieci anni fa, nella nostra cerchia c'era un detto: 'Non stringere la mano ai robot'", ha detto Shen Guozhen, direttore dell'Istituto di dispositivi elettronici flessibili e produzione intelligente presso l'Istituto di tecnologia di Pechino.

Perché dici così? Cosa manca al modo in cui un robot che non sa stringere la mano interagisce con il mondo?

È davvero diverso senza pelle

rivelarsi essere--

"In passato, i robot non avevano il senso del tatto e non potevano controllare la loro forza. Quando stringevano la mano alle persone, non sapevano quando lasciarle andare. Se non stavano attenti, avrebbero potuto schiacciare le ossa delle persone. mani." La risposta di Shen Guozhen ha rivelato un punto cruciale della ricerca sui robot: il corpo del robot. Manca un organo umano, ed è il più grande: la pelle.

Senza pelle, è difficile per i robot avere un senso del tatto sviluppato. Una delle immagini classiche dei robot nella storia del cinema, "Edward mani di forbice", che ferisce accidentalmente le persone con forza, non è ancora rara nei laboratori di robotica di oggi.

Per questo motivo abbiamo già parlato di robot che scrivono saggi e giocano a scacchi, ma non abbiamo ancora sentito parlare di robot che svolgono abilmente i lavori domestici.

Il tatto è in realtà una "combinazione" di molteplici informazioni sensoriali: la posizione del contatto, la dimensione e la direzione della forza di contatto, la temperatura, la consistenza e la durezza dell'oggetto di contatto (o anche dell'oggetto senza contatto)... Il nostro la pelle può catturare queste informazioni in modo estremamente delicato. Gli indizi vengono trasmessi al cervello e vengono avviate molte delle nostre reazioni e azioni inconsce.

Si può dire che la pelle non è solo uno strato di quasi 2 metri quadrati di attaccamento alla superficie del corpo, ma anche il collegamento di comunicazione e interazione tra le persone e il mondo che le circonda.

Allora, che ne dici di aggiungere una skin al robot? I robot possono percepire e adattarsi all’ambiente come gli esseri umani?

La mano robotica dotata di pelle elettronica tridimensionale bionica interagisce con la mano umana

Pelle elettronica, cos'è esattamente?

Ovviamente non tutti i robot nei film assomigliano a Edward.

Sebbene il robot Alita, il protagonista del film di fantascienza "Alita" sia magro, è un "guerriero esagonale". Il suo potere di combattimento deriva dalla "tecnologia nera", inclusa la pelle elettronica che è più sensibile di quella umana.

Sì, pelle elettronica. Consentendo ai robot di percepire pienamente il proprio corpo e l'ambiente circostante, la pelle elettronica è diventata oggi un importante campo di ricerca nella robotica.

Dopo che il robot ha acquisito il senso del tatto con l'aiuto della pelle elettronica, può leggere in modo più completo e accurato i segnali di pressione nell'ambiente e le sue azioni saranno più flessibili ed efficaci. In generale, i robot attuali non dispongono di un feedback di forza preciso sugli oggetti, il che rende difficile afferrare e manipolare con precisione oggetti piccoli o morbidi. La pelle elettronica può fornire ai futuri robot un paio di "mani esperte" e potrebbe essere facile eseguire interventi chirurgici di alta precisione.

Allora, cos’è esattamente la pelle elettronica?

Shen Guozhen ha introdotto che la pelle umana è composta da epidermide, derma e tessuto sottocutaneo e che la pelle elettronica ha una struttura simile a "sandwich", costituita da materiali elettrodici, materiali attivi e substrati flessibili. Il materiale dell'elettrodo funge da strato di connessione elettrica e si trova su entrambi i lati del materiale attivo per ricevere e trasmettere segnali elettrici; la funzione del materiale attivo è convertire gli stimoli ambientali in segnali elettrici rilevabili, il substrato flessibile è responsabile del supporto la pelle elettronica e collegandola al corpo del robot si incastrano.

Quali problemi devono essere risolti per sviluppare una skin elettronica? Il primo problema è la "morbidezza" del materiale. La chiave della pelle elettronica sta nella parola "morbido". I materiali che possono fungere da pelle devono essere flessibili ed estensibili, non rigidi e fragili. Com'è possibile "avvolgere dolcemente le dita"?

Oggi esistono tre direzioni di esplorazione nella comunità scientifica. Il primo si concentra sulla flessibilità fisica e si sforza di sviluppare materiali su scala più piccola. Ad esempio, il nanosilicio morbido e altamente biocompatibile può essere utilizzato come sensore biochimico per svolgere in una certa misura le funzioni della pelle. Il secondo si basa sulla flessibilità strutturale. Vengono compiuti sforzi per sviluppare varie nuove strutture meccaniche di metalli e altre sostanze, come molle, spirali, serpenti... e trasformare materiali duri tradizionali in nuovi materiali con buone capacità di allungamento e flessione. Altri scienziati stanno cercando di superare la flessibilità intrinseca e di modificare le proprietà dei materiali polimerici attraverso l’ingegneria dei polimeri in modo che abbiano elevate proprietà di resistenza e persino funzioni di auto-riparazione.

Per sviluppare la pelle elettronica bisogna lavorare anche sulla funzione sensoriale. La sensibilità è la base per la percezione dell'ambiente da parte delle macchine. Possono percepire la pressione e la temperatura, giudicare i diversi oggetti toccati e stabilire se l'oggetto in mano è una pesca o un uovo. Non sono necessari sensori. Il sensore tattile deve rispettare nel modo più completo possibile diverse caratteristiche della superficie dell'oggetto di contatto e presenta requisiti particolarmente elevati di sensibilità di rilevamento.

La pelle elettronica flessibile, estensibile e multifunzionale sviluppata dal team di Shen Guozhen può essere utilizzata per il monitoraggio in tempo reale dei segnali fisiologici umani.

Inoltre, anche il modo in cui trasmettere in modo efficiente i segnali catturati dai sensori costituisce un problema. La chiave è: come ridurre al minimo la perdita di segnali durante la trasmissione al "cervello" del robot?

Skin elettronica, prendiamone una anche noi?

In effetti, la pelle elettronica non è solo la prossima generazione di apparecchiature per robot, ma anche "degna di avere" noi stessi.

Oggi, con la tecnologia della realtà virtuale in ascesa, la pelle elettronica può essere un aiuto importante per gli esseri umani nel vagare per il metaverso. Nel mondo virtuale, la pelle elettronica può ripristinare il senso del tatto nella massima misura, non solo consentendo alle persone di "toccare" oggetti virtuali in modo quasi realistico, ma può anche ripristinare le sensazioni portate alle persone dalla brezza, dal flusso d'acqua e dal fuoco. migliorando notevolmente il senso di immersione e di realtà.

Inoltre, per i pazienti ustionati, scottati e amputati, la pelle elettronica può consentire loro di riacquistare il senso del tatto e continuare a godere di una vita migliore.

In che modo la pelle elettronica può aiutare le persone comuni fisicamente e mentalmente abili? "Può funzionare come un dispositivo di monitoraggio della salute umana. La pelle elettronica è in contatto diretto con il corpo umano e può misurare direttamente lo stato in tempo reale dei nostri dati corporei (come frequenza cardiaca, temperatura corporea, zucchero nel sangue e pressione sanguigna ) attraverso sensori ad alta precisione, che equivale a precisione Il livello del 'braccialetto sanitario' è aumentato." Shen Guozhen ha affermato che questo tipo di tecnologia è maturata e i prodotti entreranno gradualmente sul mercato.

In effetti, gli scienziati hanno un'idea più audace: è possibile integrare le funzioni degli smartphone nella pelle elettronica? Se il sensore della skin elettronica è sufficientemente sensibile, il circuito è fluido e le prestazioni sono stabili, non sarebbe logico "cliccare" su diverse posizioni della skin elettronica per inviare e ricevere messaggi ed effettuare chiamate?

Forse allora potremo davvero mettere da parte i cellulari e uscire con leggerezza.

Titolo originale "Hai il coraggio di stringere la mano a un robot?" 》

Reporter Banyuetan: Zhang Manzi/Redattore: Fan Zhongxiu

Redattore: Qin Daixin/Revisore: Zhang Ziqing