I primi robot autonomi di umanoide con interfaccia sintetica sensibile sono più sicuri

L'interfaccia sintetica sensibile permette ai robot di percepire i loro propri organismi e dintorni - una capacità cruciale se sono di essere a stretto contatto con la gente. Ispirato da interfaccia umana, un gruppo all'università di Monaco di Baviera tecnica (TUM) ha messo a punto un sistema che combina l'interfaccia artificiale con gli algoritmi di controllo e lo ha usato per creare il primo robot autonomo di umanoide con l'interfaccia artificiale dell'interamente organismo.

L'interfaccia artificiale sviluppata da prof. Gordon Cheng ed il suo gruppo consiste delle celle esagonali circa la dimensione di una moneta dell'due-euro (cioè circa un pollice di diametro). Ciascuno è fornito di microprocessore e di sensori per individuare il contatto, l'accelerazione, la prossimità e la temperatura. Tale interfaccia artificiale permette ai robot di percepire i loro dintorni in dettaglio molto maggior e con la più sensibilità. Ciò non solo li aiuta per muoversi sicuro. Egualmente li rende più sicuri quando funziona vicino alla gente e dà loro la capacità di prevedere ed attivamente evitare gli incidenti.

Le cellule epiteliali stesse sono state sviluppate intorno 10 anni fa da Gordon Cheng, professore dei sistemi conoscitivi al TUM. Ma questa invenzione ha rivelato soltanto la sua piena capacità una volta integrata in un sistema specializzato come descritto nell'ultima emissione degli atti del giornale dello IEEE.

Più capacità di calcolo con all'l'approccio basato a evento

Il più grande ostacolo nell'interfaccia di sviluppo del robot è stato sempre capacità di calcolo. L'interfaccia umana ha intorno 5 milione ricevitori. Gli sforzi per applicare il trattamento continuo dei dati dai sensori in interfaccia artificiale presto funzioneranno su contro i limiti. I sistemi precedenti sono stati sovraccaricati rapidamente di dati appena da alcuni cento sensori.

Per superare questo problema, facendo uso di un approccio di NeuroEngineering, Gordon Cheng ed il suo gruppo non fanno riflettono le cellule epiteliali continuamente, ma piuttosto con ad un sistema basato a evento. Ciò diminuisce lo sforzo di trattamento da fino a 90 per cento. Il trucco: Le diverse celle trasmettono le informazioni dai loro sensori soltanto quando i valori sono cambiati. Ciò è simile al modo gli impianti umani del sistema nervoso. Per esempio, riteniamo un cappello quando in primo luogo la mettiamo sopra, ma abituiamo rapidamente la sensazione. Non c'è necessità di notare ancora il cappello finché il vento non lo soffi fuori dalla nostra testa. Ciò permette al nostro sistema nervoso di concentrarsi sulle nuove impressioni che richiedono una risposta fisica.

Sicurezza anche nel caso del contatto corporeo vicino

Con all'l'approccio basato a evento, prof. Cheng ed il suo gruppo ora sono riuscito a applicarsi l'interfaccia artificiale ad un robot autonomo di umano-dimensione non dipendente da tutto il calcolo esterno. Il robot H-1 è fornito di 1260 celle (con più di 13000 sensori) sul suo organismo superiore, sulle armi, sui cosciotti e perfino sulle sogliole dei sui piedi. Ciò le dà una nuova “sensazione corporea„. Per esempio, con i sui piedi sensibili, H-1 può rispondere alle superfici e perfino al bilanciamento irregolari del pavimento su un cosciotto.

Con la sua interfaccia speciale, il H-1 può anche dare ad una persona un abbraccio sicuro. Quello è meno irrilevante che sonda: I robot possono esercitare le forze che danneggierebbero seriamente un essere umano. Durante l'abbraccio, due organismi stanno toccando in molti posti differenti. Il robot deve usare questi informazioni complesse per calcolare i giusti movimenti e per esercitare le pressioni corrette del contatto.

Ciò non potrebbe essere come importante nelle applicazioni industriali, ma nelle aree quale cure infermieristiche, i robot devono essere progettati per il contatto molto vicino con la gente.„

Gordon Cheng, il professor dei sistemi conoscitivi, TUM

Versatile e robusto

Il sistema dell'interfaccia del robot di Gordon Cheng è egualmente altamente robusto e versatile. Poiché l'interfaccia consiste delle celle e non di un pezzo singolo di materiale, rimane funzionale anche se alcune celle smettono di lavorare. “Il nostro sistema è destinato per funzionare senza difficoltà e rapidamente con tutti i tipi di robot,„ dice Gordon Cheng. “Ora stiamo lavorando per creare le più piccole cellule epiteliali con il potenziale di essere prodotto nei più grandi numeri.„

Source:
Journal reference:

Cheng, G., et al. (2019) A Comprehensive Realization of Robot Skin: Sensors, Sensing, Control, and Applications. Proceedings of the IEEE. doi.org/10.1109/JPROC.2019.2933348.