人間のようなセンシングを強化した、手頃な価格で耐久性に優れた超高感度ロボット スキン

アンドリュー・コルセリ

(画像:ケンブリッジ大学)

科学者たちは、手袋のようにロボットの手に追加できる、低コストで耐久性があり、高感度のロボットの「スキン」を開発しました。これにより、ロボットが人間と同じような方法で周囲の情報を検出できるようになります。

ケンブリッジ大学とロンドン大学（UCL）の研究者らは、製造が容易で、溶かしてさまざまな複雑な形状に成形できる柔軟な導電性スキンを開発した。このテクノロジーはさまざまな物理的入力を感知して処理し、ロボットがより有意義な方法で物理世界と対話できるようにします。

ロボットタッチの他のソリューションは通常、小さな領域に埋め込まれたセンサーを介して機能し、さまざまなタイプのタッチを検出するためにさまざまなセンサーが必要ですが、ケンブリッジとUCLの研究者によって開発された電子スキン全体がセンサーであり、私たち自身のセンサーシステムである皮膚に近づけます。

ロボットの皮膚は人間の皮膚ほど敏感ではありませんが、素材内の 860,000 以上の小さな経路からの信号を検出することができ、単一素材内のさまざまな種類の接触や圧力 (指のタップ、熱いまたは冷たい表面、切ったり刺したりすることによる損傷、同時に触れられた複数の点など) を認識できるようになります。

研究者らは、物理的テストと機械学習技術を組み合わせて、ロボットの皮膚がこれらの経路のうちどれが最も重要かを「学習」できるようにし、さまざまな種類の接触をより効率的に感知できるようにしました。

こちらは独占的な技術ブリーフです。 共著者である UCL の Thomas George Thuruthel 博士とのインタビュー。

技術概要 :スキンを溶かして形成する際に直面した最大の技術的課題は何ですか?

トゥルテル :小さな課題がいくつかありました。その一つは、この素材がそれほど流れにくいということだったと思います。あまり複雑な形状は作れません。隙間のようなものが出てくるかもしれません。しかし、正直に言って、最大の課題は、この資料を電子ブックに接続することであったと思います。つまり、材料自体は柔らかくて柔軟性がありますが、ワイヤーはある時点で硬くなければなりません。柔らかい素材とこの硬いワイヤーの間のこのインターフェースは常に大きな課題です。

技術概要 :溶かして形を作るプロセスはどのようなものですか?

トゥルテル ：水風呂がございます。この物質は50℃～60℃程度で溶け、30℃～40℃程度で固まります。それで、それを液体に加熱し、そこに材料を注ぐことができる小さな開口部のある型を用意します。小さな穴が開いているので、そこからも外へ出ることができます。材料を注ぎ、すべての穴を塞いでから、数時間屋外に置いて硬化させます。次に、型を開けます。もちろん、型は簡単に外せますので、後で型の形状を取り出すことも可能です。

技術概要 :私が読んだ記事には、「ロボットの皮膚は人間の皮膚ほど敏感ではありませんが、材料内の 860,000 以上の小さな経路からの信号を検出できる」と書かれています。私の質問は、現在の市販の e-skin はどれくらいの信号を検出できますか?また、それらの数値は人間の接触とどのように比較できるのでしょうか?

トゥルテル :860,000 チャンネルと言いましたが、それが必ずしも取得できる独立した情報単位の数であることを意味するわけではありません。情報はたくさんありますが、冗長な情報もたくさんあります。私たちは、あなたが得る独立した金額情報がどれくらいであるかを定量化していません。しかし、回りくどい言い方になりますが、私たちのセットアップでは、あなたが見ている数字は約 2,000 ～ 3,000 ユニットになるでしょう。人間の手の場合、その数は約 15,000 単位になります。市販のものの多くは非常に目立たないものです。あなたがよく目にするものは、数百から数十のオーダーです。私は、数百さえも非常にまれだと思います。

しかし、手の中に埋め込まれたカメラを使用する視覚ベースの触覚センサーと呼ばれる技術があります。理論的には解像度が高くなるはずですが、やはり数値化できません。所有しているユニットの数を知ることはできません。

技術概要 :今後の研究活動について何か決まった計画はありますか?そうでない場合、次のステップは何ですか?

トゥルテル :最近英国から助成金を受け取りました。私たちはこのテクノロジーをより商業的な用途に向けて開発しようとしています。たとえば何千回、あるいは 10,000 回の接触を繰り返した場合に皮膚がどうなるかについては、実際にはテストしたことがありません。これは、特にソフト マテリアルとネットワークの間のインターフェイスで問題になる可能性があると考えられます。

そのため、私たちはインターフェースのより良い方法を検討し、さまざまな素材も検討しています。私たちが使用しているのはハイドロゲルです。これはまともな素材ですが、あまり堅牢ではなく、耐久性もありません。私たちは、代替品として、より多くの合成素材、たとえばゴムのような天然素材を検討しています。

次に、より高いレベルのタスクに目を向けます。現時点では、たとえば接触場所がどこにあるかなどの知覚情報を推定しているだけです。私たちはループを閉じたいと考えています。では、この情報をロボット ハンドやシステムでどのように使用して、非常に役立つ現実世界のタスクを実行できるでしょうか?

これらが次のステップです。

トランスクリプト

00:00:02 ロボットも私たちと同じように、触れたものを感じることができるようになりました。まあ、ほとんどです。ケンブリッジ大学の研究者は、超高感度センサーを詰め込んだ人工皮膚を作成しました。これらのセンサーは圧力を検出するだけでなく、質感、温度、さらには痛みのような信号も読み取ります。研究者たちが手の形に鋳造した皮膚は、

00:00:29 手首の周りに電極が埋め込まれた電解ヒドロゲル。皮膚全体に生成される電場は、さまざまな種類の刺激を検出します。センサーは数千ビットの情報を監視し、刺激の場所だけでなく刺激の種類も検出します。その後、情報が電極に転送されます。人工皮膚は複数の検出が可能

00:00:56 触覚、湿気、温度、痛みなどの感覚を同時に体験でき、機械ロボットの手に手袋のようにフィットします。この低コストのスキンは、義肢、ロボット手術、自動車産業、リハビリテーション、さらには宇宙探査の分野に革命をもたらす可能性があります。それは何ですか？未来はもう少し人間らしくなりました。