Roboty zyskają zmysł dotyku? Nowa technologia z polskiej uczelni

Roboty od lat wykonują zadania, które wcześniej wymagały pracy człowieka: składają samochody, przenoszą ciężkie przedmioty, obsługują linie produkcyjne. Mają jednak problem z czynnościami, które dla nas są zupełnie naturalne – jak dostosowanie siły dotyku. Człowiek przecież bez większego zastanowienia chwyta zarówno delikatny owoc, jak i ciężki przedmiot, „czując” jak mocno zacisnąć na nim palce. 

Barierę tę próbuje pokonać zespół dr. inż. Jana Klimaszewskiego z Politechniki Warszawskiej. Naukowcy opracowują bowiem „elektroniczną skórę”, dzięki której robot zyskuje możliwość wykrywania dotyku i mierzenia jego siły.

Pod jej powłoką znajduje się sieć czujników, które reagują na nacisk zmianą oporu elektrycznego. Im mocniejszy dotyk, tym mniejszy opór. Specjalny układ odczytuje te zmiany i przekazuje informacje do systemu sterowania robota. 

Skóra jest zrealizowana jako dwuwarstwowy układ elektroniczny PCB, na podłożu elastycznym. Ma strukturę elastową, jest to taka przeplatanek. Mamy takie grzebieniowe elektrody skonstruowane z ścieżek miedzi i do tego dociskamy folię piezoelektryczną i mierzymy rezystancję –  im mocniej jest dociśnięta ta folia, tym mniejszy jest pomiar rezystancji.
dr inż. Jan Klimaszewski, Politechnika Warszawska

Zebranie danych z całej powierzchni czujników zajmuje około 15 milisekund.

Robot, który nie zgniecie jabłka

Choć elektroniczna skóra mogłaby pokrywać większe powierzchnie maszyn, na obecnym etapie naukowcy koncentrują się przede wszystkim na robotycznych dłoniach i chwytakach, które mogłyby być wykorzystywane na przykład w rolnictwie, które coraz częściej mierzy się z brakiem pracowników sezonowych.

Człowiek okazuje się, że ma też te manualne zdolności bardzo dobre. (...) Na tamtą chwilę, jak realizowaliśmy ten projekt, nie było robotycznych chwytaków, które mogłyby wyczuć dotyk w dłoni i w odpowiedni sposób reagować na niego. Odpowiedzią na to jest właśnie ta moja elektroniczna skóra.
dr inż. Jan Klimaszewski, Politechnika Warszawska

Docelowo chwytak będzie na bieżąco kontrolował siłę uścisku – a w połączeniu z kamerami, dodatkowymi czujnikami i sztuczną inteligencją rozpoznawał też przedmioty i dobierał sposób ich chwytania. Podobne rozwiązanie badacze chcieliby zastosować przy zbiorze pieczarek, które też łatwo uszkodzić.

Dr. Klimaszewski widzi jednak o wiele szersze zastosowanie swojego rozwiązania.  – chociażby w przemyśle, gdzie roboty pracują bezpośrednio obok ludzi. Wyposażenie maszyn w zmysł dotyku pozwoliłoby im odpowiednio reagować na kontakt z człowiekiem, na przykład zatrzymując ruch lub zmniejszając siłę nacisku, większając bezpieczeństwo pracowników.

Od laboratorium do fabryki długa droga

Na razie rozwijane na Politechnice Warszawskiej rozwiązanie działa w warunkach laboratoryjnych. Zanim będzie mogło pracować w sadzie czy na linii produkcyjnej, musi zostać odpowiednio dopracowane i przetestowane.

Polscy badacze, muszą mierzyć się jednak nie tylko z wyzwaniami technicznymi, ale i z barierami administracyjnymi, finansowymi i niechęcią przedsiębiorstw do podejmowania ryzyka. 

Dr. Klimaszewski wskazuje tu na pewnego rodzaju paradoks. System oceny dorobku naukowego premiuje przede wszystkim publikacje, a przedwczesne ujawnienie wyników badań może uniemożliwić uzyskanie patentu (i utrudnić wdrożenie rozwiązania w przemyśle):

I jeżeli napiszę ciekawy artykuł, który zostanie przyjęty, opublikowany w jakimś czasopiśmie, to za to jestem oceniany pozytywnie. I za to ministerstwo też ocenia mnie pozytywnie, a skoro ministerstwo mnie ocenia dobrze, to również mój pracodawca. Ale jeżeli ja opublikuję tą moją skórę elektroniczną, którą rozwinąłem i którą opracowałem jako nowość, to już nie mogę tego opatentować, a co za tym idzie nie mogę tego za bardzo wdrożyć, ponieważ ujawniłem już sekrety tego, co opracowałem.
dr inż. Jan Klimaszewski, Politechnika Warszawska

Przykład rozwijanej na politechnice elektronicznej skóry, pokazuje też że równie trudne jest przekonanie przemysłu do inwestowania w nowe rozwiązania. Przedsiębiorstwa kierują się przede wszystkim rachunkiem ekonomicznym, dlatego nawet technologia zwiększająca bezpieczeństwo pracowników nie zawsze spotyka się z zainteresowaniem. 

Znalezienie praktycznego zastosowania też nie gwarantuje sukcesu. Między działającym laboratoryjnym prototypem a technologią gotową do pracy w rzeczywistych warunkach wciąż pozostaje długa i kosztowna droga – pełna problemów, które „naukowiec polski musi rozwiązać”.