Peau robotique abordable, durable, ultra-sensible pour une détection de type humain améliorée

Andrew Corselli

Une peau électronique flexible et conductive

Des scientifiques ont développé une « peau » robotique peu coûteuse, durable, hautement sensible qui peut être ajoutée aux mains robotiques comme un gant, permettant aux robots de détecter des informations sur leur environnement d'une manière similaire aux humains.

Les chercheurs, de l'Université de Cambridge et de l'University College London (UCL), ont développé la peau flexible et conductive, qui est facile à fabriquer et peut être fondue et formée dans une large gamme de formes complexes. La technologie perçoit et traite une gamme d'entrées physiques, permettant aux robots d'interagir avec le monde physique d'une manière plus significative.

Contrairement aux autres solutions pour le toucher robotique, qui fonctionnent généralement via des capteurs intégrés dans de petites zones et nécessitent différents capteurs pour détecter différents types de toucher, la totalité de la peau électronique développée par les chercheurs de Cambridge et UCL est un capteur, la rapprochant de notre propre système sensoriel : notre peau.

Bien que la peau robotique ne soit pas aussi sensible que la peau humaine, elle peut détecter des signaux de plus de 860 000 minuscules voies dans le matériau, lui permettant de reconnaître différents types de toucher et de pression — comme le tapotement d'un doigt, une surface chaude ou froide, des dommages causés par une coupure ou une perforation, ou plusieurs points touchés à la fois — en un seul matériau.

Les chercheurs ont utilisé une combinaison de tests physiques et de techniques d'apprentissage automatique pour aider la peau robotique à « apprendre » lesquelles de ces voies importent le plus, afin qu'elle puisse détecter différents types de contact plus efficacement.

Entretien exclusif Tech Briefs avec le co-auteur Thomas George Thuruthel, Ph.D., de UCL

Tech Briefs : Quel a été le plus grand défi technique que vous avez rencontré en fondant et formant la peau ?

Thuruthel : Il y a eu quelques petits défis. Je pense que l'un d'eux était que ce matériau n'est pas si facile à faire couler. Vous ne pouvez pas créer de formes très complexes. Vous pourriez obtenir des choses comme des vides. Mais je pense qu'honnêtement le plus grand défi était le câblage de ce matériau avec notre boîtier électronique. Donc le matériau lui-même est doux et conforme, mais les fils doivent être à un moment donné rigides. Cette interface entre le matériau doux et ce fil rigide est toujours un grand défi.

Tech Briefs : À quoi ressemble le processus de fonte et de formation des formes ?

Thuruthel : Nous avons un bain d'eau. Ce matériau fond autour de 50° à 60°C, et il se solidifie autour de 30° à 40°C. Donc, nous le chauffons en liquide, nous avons un moule où il y aura de petites ouvertures par lesquelles vous pouvez verser le matériau. Il y aura de petites ouvertures pour qu'il puisse sortir aussi. Vous versez le matériau, vous scellez tous les trous, et vous le laissez dehors pendant quelques heures pour qu'il prenne. Puis vous ouvrez le moule. Bien sûr, le moule est facile à détacher pour que vous puissiez sortir la forme formée plus tard.

Tech Briefs : L'article que j'ai lu dit : « Bien que la peau robotique ne soit pas aussi sensible que la peau humaine, elle peut détecter des signaux de plus de 860 000 minuscules voies dans le matériau. » Ma question est : Combien de signaux la e-skin commerciale actuelle peut-elle détecter et comment ces chiffres se comparent-ils au toucher humain ?

Thuruthel : Bien que nous ayons dit 860 000 canaux, cela ne signifie pas nécessairement que c'est le nombre d'unités indépendantes d'information que vous obtenez. Il y a beaucoup d'informations, mais il y a beaucoup d'informations qui sont redondantes. Nous n'avons pas quantifié combien est la quantité d'information indépendante que vous obtenez. Mais je dirais, environ, pour notre configuration, je dirais que ce serait autour de 2 000 à 3 000 unités serait le nombre que vous regardez. Pour la main humaine, ce nombre serait d'environ 15 000 unités. Beaucoup des commerciales sont très discrètes ; ce que vous voyez mostly sont de l'ordre de centaines ou dizaines — je pense que même centaines est très rare.

Cependant, il y a une technologie appelée capteurs tactiles basés sur la vision, qui utilise des caméras intégrées à l'intérieur de vos mains. Elles auraient théoriquement une résolution plus élevée, mais, encore une fois, cela ne peut pas être quantifié. Vous ne pouvez pas obtenir un nombre quant à combien d'unités vous avez.

Tech Briefs : Avez-vous des plans définis pour de futurs travaux de recherche ? Et sinon, quelles sont vos prochaines étapes ?

Thuruthel : Nous avons reçu une subvention récente du Royaume-Uni ; nous essayons de développer cette technologie pour des applications plus commerciales. Nous n'avons pas vraiment testé comment la peau se comporterait si nous avions un contact répété pendant, disons, des milliers ou 10 000 interactions. Je pense que nous anticipons que cela pourrait être un problème, surtout à cette interface entre le matériau doux et le réseau.

Donc nous regardons de meilleures façons d'interfacer et aussi regardons différents matériaux. Ce que nous utilisons est l'hydrogel, qui est un matériau décent mais pas très robuste ou durable. Nous regardons des matériaux plus synthétiques, des matériaux naturels comme le caoutchouc, par exemple, comme alternative.

Et puis nous regardons des tâches de niveau supérieur. Pour l'instant, nous estimons juste l'information de perception, comme où est l'emplacement du contact, par exemple. Nous voulons boucler la boucle — donc comment utilisons-nous cette information sur une main robotique ou un système pour qu'il puisse effectuer des tâches réelles qui sont assez utiles ?

Ce sont nos prochaines étapes.

Transcription vidéo

00:00:02 Les robots peuvent maintenant sentir ce qu'ils touchent comme nous le faisons. Eh bien, presque. Des chercheurs de l'Université de Cambridge ont créé une peau artificielle bourrée de capteurs ultra-sensibles. Ces capteurs ne détectent pas seulement la pression, ils lisent la texture, la température, même des signaux semblables à la douleur. La peau que les chercheurs ont moulée en forme de main est faite d'un hydrogel électrolyté avec des électrodes intégrées autour du poignet. Des champs électriques générés à travers la peau détectent différents types de stimulation. Les capteurs surveillent des milliers de bits d'information qui détectent non seulement où est la stimulation mais aussi le type de stimulation. L'information est ensuite transférée aux électrodes. La peau artificielle peut détecter plusieurs sensations en même temps, comme le toucher, l'humidité, la température, et la douleur, et peut s'adapter sur des mains robotiques mécaniques comme un gant. Cette peau à faible coût pourrait révolutionner les domaines des prothèses, de la chirurgie robotique, de l'industrie automobile, de la rééducation, et même de l'exploration spatiale. Qu'est-ce que ça fait ? Le futur vient de devenir un peu plus humain.