Trang chủ Robot & Robotics Robot & Robotics Da nhân tạo dành cho Robot

Da nhân tạo dành cho Robot

Một vấn đề đáng suy nghĩ khi nghiên cứu về robot hình người là các loại da nhân tạo sử dụng để phủ cấu trúc khung cơ thể cho robot khi muốn robot hình người tiếp cận gần hơn với cuộc sống thực. Một vài thắc mắc về da nhân tạo khá thường gặp, ví dụ như nơi bán và loại da nhân tạo để robot có khả năng “cảm thấy” khi chạm vào nó…

Các nghiên cứu về da nhân tạo dành cho robot đang được tiến hành, đặc biệt khi con người mong muốn da nhân tạo không chỉ là lớp áo ngoài che khung robot mà là những cơ quan tinh tế và nhạy cảm như của con người

Một số yêu cầu được xác định làm mục tiêu cho việc nghiên cứu và thiết kế:

1. Da cần phải có khả năng tự chữa trị những tổn thương nhỏ và vừa

2. Da cần phải mềm mại, linh hoạt

3. Da cần phải phát ra cùng một mức nhiệt độ như da của con người

Những yêu cầu đó rất quan trong để robot hình người có thể cảm nhận được môi trường-một chức năng quan trong của làn da con người. Như vậy nó cần phải được thiết kế với các cảm biến đo áp lực, nhiệt, rung động, đau đớn và kết hợp để tạo nên nhận thức của robot.

Trong bài báo này, chúng ta điểm qua một số xu hướng nghiên cứu và thiết kế da nhân tạo dành cho robot trên thế giới.
Da có khẳ năng tự chữa trị

Trung tâm Microvascular Autonomic Research Initiative của Đại học Illinois, Urbana-Champaign (UIUC) đã phát triển một loại vật liệu lấy cảm hứng từ sinh học với một mạng lưới vi mạch nhúng mô phỏng da người. Mạng lưới này cung cấp một tác nhân chữa bệnh đến các vùng bề mặt bị hư hỏng, cho phép các vật liệu tự động chữa lành tổn thương nứt cùng một vị trí đến 7 lần. Hiện nay da tự chữa lành chỉ là một nguyên mẫu nghiên cứu, chưa được thương mại hóa.

Da mềm mại, linh hoạt như da thật

Các nhà nghiên cứu về da nhân tạo hàng đầu tại Hanson Robotics, Richardson, Texas đã phát triển một hợp chất  cho phép chế tạo ra da nhân tạo với độ mềm mại và dẻo dai như da con người. Hiện các nghiên cứu này đã vượt khỏi khuôn khổ phòng thí nghiệm và trở thành các sản phẩm thương mại.

Da nhân tạo có nhiệt độ ổn định giống nhiệt độ cơ thể người

Các nghiên cứu hiện nay trong lĩnh vực này đã sử dụng các mạch in điện trở để làm nóng làn da che phủ. Một ví dụ điển hình là hệ thống mạch cảm biến cho da nhân tạo robot do Robert Tarzwell và Ken Bahl của Sierra Proto Express đề xuất. Ý tưởng của nghiên cứu này là việc tạo một lớp mạch in điện trở dùng carbon đặt trên một chất nền linh hoạt để có thể làm nóng làn da robot. Tất nhiên câu hỏi mà nhiều người đặt ra là cần bao nhiêu năng lượng cho việc này khi mà nguồn năng lượng cho robot hoạt động vẫn còn nhiều vấn đề chưa được giải quyết. Về ứng dụng, nghiên cứu này mở ra thị trường khá rộng. Đương nhiên vẫn còn nhiều điều phải làm trong phòng thí nghiệm trước khi ra sản phẩm thương mại.


Nghiên cứu khả năng cảm nhận cho da robot với các cảm biến nhúng

Một vấn đề cần thiết cho các ứng dụng robot hình người là da robot có khả năng cảm nhận môi trường. Có một số cách tiếp cận khác nhau. Vấn đề chủ yếu là cách bố trí các cảm biến và cách tạo ra da với cảm biến. Phong thí nghiệm Someya tại Đại học Tokyo đang nghiên cứu phương pháp sản xuất da linh hoạt với một ma trận tích hợp các bóng bán dẫn hữu cơ. Họ đã tạo ra một bàn tay robot nguyên mẫu được tích hợp các cảm biến. Hiện nghiên cứu mới đưa ra nguyên mẫu trong phòng thí nghiệm.

Một hướng tiếp cận khác được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Kỹ thuật Mesoscale của trường Đại học Nebraska, sử dụng kim loại và bán dẫn dạng hạt nano tự lắp ráp thành một thiết bị màng phim mỏng có khả năng tạo ra các phản ứng quang điện. Một CCD linh hoạt sẽ đọc lượng ánh sáng tạo ra, kết quả cho ra sẽ được so sánh với độ nhạy cảm ứng của con người trên đầu ngón tay ở áp suất là 10 KPa. Nghĩa là có thể cho ra những cảm nhận rõ rệt khi sờ bề mặt của một đồng xu bằng đồng. Cũng như nghiên cứu ở trên, nghiên cứu này hiện cũng trong giai đoạn thử nghiệm.

Một hướng khác là mạng cảm biến Kapton nhúng do Gerardo Barroeta Perez, tại phòng thí nghiệm đa phương tiện của MIT đề xuất. Đây là một mạng các cảm biến có khả năng tự cấu hình, có khả năng cảm giác căng, uốn cong, áp suất, ánh sáng, va chạm, nhiệt độ và thậm chí âm thanh. Mỗi nút cũng bao gồm các kết nối bus I2C và khả năng xử lý để trích xuất các tính năng bậc cao hơn chẳng hạn như các bóng phủ và độ dốc áp lực. Thử nghiệm các nút cảm biến đã được xây dựng nhưng cũng như các dự án khác, nó vẫn chưa sẵn sàng để đưa ra thương mại.


Các phương thức chế tạo

Trong khi chờ đợi các sản phẩm thương mại từ các nghiên cứu trên, robot hình người cần phải có các sản phẩm da nhân tạo khác thay thế. Với những hạn chế nhất định, da nhân tạo sẽ được chế tạo dễ dàng hơn. Ví dụ, các nhà nghiên cứu từ Đại học Tokai đã chứng minh một cách dễ dàng để sản xuất da cho vật nuôi robot bằng cách sử dụng các vật liệu có sẵn bao gồm một mảng cảm biến, một lớp lá kim loại và da cao su. Da nhân tạo loại này không tốn kém nhưng vẫn có thể phân biệt bốn cách điển hình con người chạm vào các vật nuôi bao gồm "vuốt ve", "xoa", "gãi", và "vỗ".

Các cảm biến điện dung sử dụng trên các robot Pleo cho phép tạo khả năng cảm nhận vượt qua lớp cao su. Các nghiên cứu đã cho thấy với việc sử dụng cảm biến điện dung, các hình thức chạm, vuốt cơ bản có khả năng được nhận diện. Các bộ cảm biến điện trở cũng cung cấp khả năng tương tự nhưng gần với cảm ứng thô và cảm biến áp lực hơn. Các cảm biến loại này thường được sắp xếp thành mảng để sử dụng.

Một thủ thuật khác là việc sử dụng đèn LED để tạo ra một cảm biến ánh sáng cơ bản. Bằng cách sử dụng các nguyên vật liệu rẻ tiền, ta có thể xây dựng một bộ cảm biến cảm nhận phản chiếu. Dựa vào mức độ phản xạ ánh sáng mà robot có khả năng cảm nhận sự tiếp cận của các vật thể và chất liệu khác nhau.

Ngoài ra còn có các phương pháp khác như sử dụng mảng các tụ điện, màng phim polymer dẫn điện, và một loạt các vật liệu nano như ống nano carbon liên kết và composit nano.


Cần nhiều nghiên cứu hơn nữa

Như các thông tin tổng hợp ở trên, hiện còn rất nhiều vấn đề cần được giải quyết trong nghiên cứu, thiết kế và chế tạo da nhân tạo dành cho các robot hình người. Một vấn đề luôn được đặt ra là chi phí cần thiết để đưa sản phẩm vào thương mại và khả năng phát triển của sản phẩm. Điều này đòi hỏi giải quyết bài toán nghiên cứu và giá thành sản xuất.

Hy vọng trong tương lai không xa sẽ xuất hiện các sản phẩm hoàn chỉnh với khả năng mô phỏng gần nhất da tự nhiên của con người. Đây sẽ là một bước đi cho phép robot hình người gần với cuộc sống thực.

Tạ Tuyên (tổng hợp)

Số 131 (10/2011)♦Tạp chí tự động hóa ngày nay


Newer news items:
Older news items:

 

Hỗ trợ online

Hỗ trợ Web
Mr Phương: 0988906030

Liên kết & Quảng cáo


 
 
 

logost new




 


 



Nhà tài trợ


Sửa biến tần

Mới cập nhật

Tìm kiếm

Quảng cáo&Liên kết