ロボット用の皮膚に匹敵する特性を備えたソフト触覚センサー

Aresearchチームは、肌に匹敵する特性を備えた柔らかい触覚センサーを開発しました。センサーを指先に取り付けたロボットグリッパーは、壊れやすい物体を安定してつかんだり、針を通したりするなどの困難な作業を実行できます。

人間の皮膚の主な特徴は、せん断力、つまり2つの物体が接触したときに互いに滑ったり滑ったりする力を感知する能力です。せん断力の大きさ、方向、微妙な変化を感知することで、人間の皮膚はフィードバックとして機能し、手や指で物体を安定して保持する方法や、物体をしっかりと握る方法を調整できます。

人間の皮膚のこの特徴を模倣するために、柔らかい触覚センサーは人間の皮膚のような多層構造に統合されており、最上層として約0.5mmの薄さの柔軟で特別に磁化されたフィルムが含まれています。外力がかかると、フィルムの変形による磁場の変化を検出することができます。さらに重要なことに、外力を自動的に2つの成分に分離または分解できます。垂直力（オブジェクトに垂直に加えられる力）とせん断力であり、それぞれこれら2つの力を正確に測定できます。

さらに、センサーには、人間の皮膚に似たもう1つの特性があります。それは、刺激の位置を可能な限り正確に特定できる触覚的な「超解像」です。効率的な触覚超解像アルゴリズムは、深層学習を使用して、接触位置の位置特定精度を60倍向上させます。このような触覚超解像アルゴリズムは、最小数のセンシングユニットを備えた触覚センサーアレイの物理的解像度を向上させるのに役立ち、したがって、配線の数と信号送信に必要な時間を削減できます。

チームは、ロボットグリッパーの指先にセンサーを取り付けることで、ロボットが困難なタスクを実行できることを示しました。ロボットグリッパーは、外力で卵を引きずり出そうとしている間、卵のような壊れやすい物体を安定してつかみ、テレオペレーションで針に糸を通しました。センサーは、センサーアレイの形に、またはロボットの全身を覆う連続的な電子スキンの形に簡単に拡張できます。

センサーの厚みを変えずに、センサー最上層（磁性膜）の磁化方向を変えることで、センサーの感度や測定範囲を調整することができます。これにより、e-skinは、人間の皮膚と同じように、さまざまな部分でさまざまな感度と測定範囲を持つことができます。また、このセンサーは、他の触覚センサーと比較して、製造およびキャリブレーションプロセスがはるかに短くなっています。

このセンサーは、適応型把持、器用な操作、テクスチャ認識、スマート義肢、人間とロボットの相互作用など、ロボット工学分野のアプリケーションに役立つ可能性があります。

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