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*Este artigo é o conteúdo da 13ª edição do "Half Moon Talk" em 2024

Por que é tão difícil apertar a mão de um robô?

Os bebês podem tirar a sorte quando têm 1 ano de idade, mas deixar um robô aprender a entender é algo que centenas de artigos de revistas importantes não conseguem explicar claramente.

Os cientistas dizem-nos que é mais difícil para um robô pegar num balão ou levantar um copo do que jogar xadrez como um humano, falar como um humano ou andar como um humano. "Há dez anos, havia um ditado em nosso círculo: 'Não aperte a mão de robôs'", disse Shen Guozhen, diretor do Instituto de Dispositivos Eletrônicos Flexíveis e Fabricação Inteligente do Instituto de Tecnologia de Pequim.

Por que você diz isso? O que falta na forma como um robô que não sabe apertar a mão interage com o mundo?

É realmente diferente sem pele

vir a ser--

"No passado, os robôs não tinham o tato e não conseguiam controlar sua força. Ao apertar a mão das pessoas, eles não sabiam quando soltar suas mãos. Se não tomassem cuidado, poderiam esmagar os ossos das pessoas. mãos." A resposta de Shen Guozhen revelou um ponto crucial da pesquisa robótica - o corpo do robô. Falta um órgão humano, e é o maior deles: a pele.

Sem pele, é difícil para os robôs terem um sentido de tato desenvolvido. Uma das imagens clássicas de robôs da história do cinema, "Edward Mãos de Tesoura", ferindo acidentalmente pessoas com força, ainda não é incomum nos laboratórios de robótica de hoje.

Por esta razão, já falamos sobre robôs escrevendo redações e jogando xadrez, mas ainda não ouvimos falar de robôs que realizam tarefas domésticas com habilidade.

O toque é na verdade uma "combinação" de múltiplas informações sensoriais: a localização do contato, o tamanho e a direção da força de contato, a temperatura, a textura e a dureza do objeto de contato (ou mesmo do objeto sem contato). a pele pode capturar essas informações com extrema delicadeza. As pistas são passadas ao cérebro e muitas de nossas reações e ações inconscientes são iniciadas.

Pode-se dizer que a pele não é apenas uma camada de quase 2 metros quadrados de fixação na superfície do corpo, mas também o elo de comunicação e interação entre as pessoas e o mundo que as rodeia.

Então, que tal adicionar uma skin ao robô? Os robôs podem perceber e se adaptar ao ambiente como os humanos?

Mão robótica equipada com pele eletrônica tridimensional biônica interage com a mão humana

Pele eletrônica, o que é exatamente?

Claro, nem todos os robôs dos filmes se parecem com Edward.

Embora a robô Alita, protagonista do filme de ficção científica "Alita", seja magra, ela é uma "guerreira hexagonal". Seu poder de luta vem da "tecnologia negra", incluindo a pele eletrônica que é mais sensível que a humana.

Sim, pele eletrônica. Permitindo que os robôs percebam plenamente o seu próprio corpo e o ambiente circundante, a pele eletrónica tornou-se um importante campo de investigação na robótica atualmente.

Depois que o robô tiver sentido o tato com a ajuda da pele eletrônica, ele poderá ler de forma mais completa e precisa os sinais de pressão do ambiente, e suas ações serão mais flexíveis e eficazes. De modo geral, os robôs atuais carecem de feedback de força preciso para objetos, tornando difícil agarrar e manipular com precisão objetos pequenos ou macios. A pele eletrônica pode dar aos futuros robôs um par de “mãos habilidosas” e pode ser fácil realizar cirurgias de alta precisão.

Então, o que exatamente é a pele eletrônica?

Shen Guozhen introduziu que a pele humana é composta de epiderme, derme e tecido subcutâneo, e a pele eletrônica tem uma estrutura de "sanduíche" semelhante, consistindo de materiais de eletrodo, materiais ativos e substratos flexíveis. O material do eletrodo serve como uma camada de conexão elétrica e está localizado em ambos os lados do material ativo para receber e transmitir sinais elétricos. A função do material ativo é converter estímulos ambientais em sinais elétricos detectáveis; o substrato flexível é responsável por suportar o; pele eletrônica e conectá-la ao corpo do robô se encaixam.

Que problemas devem ser resolvidos para desenvolver uma pele eletrônica? O primeiro problema é a “suavidade” do material. A chave para a pele eletrônica está na palavra “suave”. Os materiais que podem servir como pele devem ser flexíveis e extensíveis, não rígidos e quebradiços. Como é possível “enrolar suavemente os dedos”?

Existem agora três direções de exploração na comunidade científica. O primeiro concentra-se na flexibilidade física e busca desenvolver materiais em escalas menores. Por exemplo, o nano-silício macio e altamente biocompatível pode ser usado como um sensor bioquímico para atingir funções da pele até certo ponto. A segunda depende da flexibilidade estrutural. Esforços são feitos para desenvolver várias novas estruturas mecânicas de metais e outras substâncias, como molas, espirais, cobras... e transformar materiais duros tradicionais em novos materiais com boas capacidades de alongamento e flexão. Outros cientistas estão tentando romper a flexibilidade intrínseca e alterar as propriedades dos materiais poliméricos por meio da engenharia de polímeros, para que tenham propriedades de alta resistência e até mesmo funções de autocura.

Para desenvolver a pele eletrônica, devemos trabalhar também na função de detecção. A detecção é a base para as máquinas perceberem o ambiente. Elas podem detectar a pressão e a temperatura, avaliar diferentes objetos tocados e dizer se o que está em sua mão é um pêssego ou um ovo. O sensor tátil deve obter várias características da superfície do objeto de contato tão completamente quanto possível e tem requisitos particularmente elevados para sensibilidade de detecção.

A pele eletrônica flexível, extensível e multifuncional desenvolvida pela equipe de Shen Guozhen pode ser usada para monitoramento em tempo real de sinais fisiológicos humanos.

Além disso, como transmitir de forma eficiente os sinais captados pelos sensores também é um problema. A chave é: como minimizar a perda de sinais durante a transmissão para o “cérebro” do robô?

Skin eletrônica, vamos comprar uma também?

Na verdade, a pele eletrônica não é apenas a próxima geração de equipamentos para robôs, mas também “digno de ter” nós mesmos.

Hoje, com a tecnologia de realidade virtual em ascensão, a pele eletrônica pode ser uma ajuda importante para os humanos vagarem pelo metaverso. No mundo virtual, a pele eletrônica pode restaurar ao máximo o sentido do tato, não apenas permitindo que as pessoas "toquem" objetos virtuais de forma quase realista, mas pode até mesmo restaurar os sentimentos trazidos às pessoas pela brisa, fluxo de água e fogo, melhorando muito a sensação de imersão e realidade.

Além disso, para pacientes com queimaduras e escaldaduras e pacientes amputados, a pele eletrônica pode permitir que recuperem o sentido do tato e continuem a desfrutar de uma vida melhor.

Como a pele eletrônica pode ajudar pessoas comuns que são física e mentalmente capazes? "Ele pode funcionar como um dispositivo de monitoramento da saúde humana. A pele eletrônica está em contato direto com o corpo humano e pode medir diretamente o status em tempo real dos dados do nosso corpo (como frequência cardíaca, temperatura corporal, açúcar no sangue e pressão arterial ) através de sensores de alta precisão, o que equivale a preciso O nível de 'pulseira de saúde' saltou." Shen Guozhen disse que este tipo de tecnologia amadureceu e os produtos entrarão gradativamente no mercado.

Na verdade, os cientistas têm uma ideia mais ousada - as funções dos smartphones podem ser integradas na pele eletrónica? Se o sensor do skin eletrônico for suficientemente sensível, o circuito for suave e o desempenho for estável, não seria lógico “clicar” em diferentes posições do skin eletrônico para enviar e receber mensagens e fazer chamadas?

Talvez então possamos realmente largar nossos celulares e sair com calma.

Título original "Você tem coragem de apertar a mão de um robô?" 》

Repórter Banyuetan: Zhang Manzi/Editor: Fan Zhongxiu

Editor: Qin Daixin/Revisor: Zhang Ziqing