Peau robotique abordable, durable et ultrasensible pour une détection améliorée semblable à celle d'un humain

Andrew Corselli (Image :Université de Cambridge)

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

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

Contrairement à d'autres solutions tactiles robotiques, qui fonctionnent généralement via des capteurs intégrés dans de petites zones et nécessitent différents capteurs pour détecter différents types de toucher, l'intégralité de la peau électronique développée par les chercheurs de Cambridge et de l'UCL est un capteur, la rapprochant ainsi de notre propre système de capteurs :notre peau.

Bien que la peau du robot ne soit pas aussi sensible que la peau humaine, elle peut détecter les signaux provenant de plus de 860 000 minuscules voies dans le matériau, ce qui lui permet de reconnaître différents types de toucher et de pression (comme le tapotement d'un doigt, une surface chaude ou froide, les dommages causés par une coupure ou un coup de couteau, ou plusieurs points touchés à la fois) dans un seul matériau.

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

Voici un Tech Briefs exclusif entretien, édité pour plus de longueur et de clarté, avec le co-auteur Thomas George Thuruthel, Ph.D., de l'UCL.

Notes techniques :Quel a été le plus grand défi technique auquel vous avez été confronté lors de la fusion et de la formation de 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 couler. Vous ne pouvez pas créer de formes très complexes. Vous pourriez avoir des choses comme des lacunes. Mais je pense honnêtement que le plus grand défi a été de connecter ce matériel avec notre livre d'électronique. Le matériau lui-même est donc souple et souple, mais les fils doivent être rigides à un moment donné. Cette interface entre le matériau souple et ce fil rigide est toujours un grand défi.

Notes techniques  : Comment se déroule le processus de fusion et de formation des formes ?

Thuruthel :Nous avons un bain-marie. Ce matériau fond entre 50 ° et 60 °C, puis se solidifie entre 30 ° et 40 °C. Donc, nous le chauffons dans un liquide, nous avons un moule où il y aura de petites ouvertures à partir desquelles vous pourrez verser le matériau. Il y aura de petites ouvertures pour que ça puisse aussi sortir. Vous versez le matériau, vous bouchez tous les trous, puis vous le laissez dehors quelques heures pour qu'il durcisse. Ensuite, vous ouvrez le moule. Bien entendu, le moule est facile à détacher afin que vous puissiez retirer la forme plus tard.

Notes techniques :L'article que j'ai lu dit :"Bien que la peau robotique ne soit pas aussi sensible que la peau humaine, elle peut détecter les signaux provenant de plus de 860 000 minuscules voies dans le matériau." Ma question est la suivante :combien de signaux l'e-skin commercial actuel peut-il détecter et comment ces chiffres se comparent-ils au toucher humain ?

Thuruthel :Même si nous avons parlé de 860 000 chaînes, cela ne signifie pas nécessairement que c'est le nombre d'unités d'information indépendantes que vous obtenez. Il y a beaucoup d’informations, mais beaucoup d’informations sont redondantes. Nous n'avons pas quantifié le montant des informations indépendantes que vous obtenez. Mais je dirais que, pour notre configuration, je dirais que ce serait environ 2 000 à 3 000 unités, ce qui serait le nombre que vous envisagez. Pour la main humaine, ce nombre serait d’environ 15 000 unités. Beaucoup de produits commerciaux sont très discrets; ce que vous voyez principalement sont de l'ordre de centaines ou de dizaines — je pense que même des centaines sont très rares.

Cependant, il existe une technologie appelée capteurs tactiles basés sur la vision, qui utilise des caméras intégrées dans vos mains. Théoriquement, ils auraient une résolution plus élevée, mais, encore une fois, cela ne peut pas être quantifié. Vous ne pouvez pas obtenir de chiffre sur le nombre d'unités dont vous disposez.

Notes techniques :Avez-vous des projets précis pour des travaux de recherche ultérieurs ? Et sinon, quelles sont vos prochaines étapes ?

Thuruthel :Nous avons récemment reçu une subvention 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 des contacts répétés, disons, pour des milliers ou 10 000 interactions. Je pense que nous prévoyons que cela pourrait être un problème, en particulier au niveau de cette interface entre le matériau souple et le réseau.

Nous recherchons donc de meilleures façons d’interfacer et étudions également différents matériaux. Ce que nous utilisons est de l’hydrogel, qui est un matériau décent mais peu robuste ou durable. Nous nous tournons vers des matériaux davantage synthétiques, des matériaux naturels comme le caoutchouc par exemple, comme alternative.

Et puis nous envisageons des tâches de niveau supérieur. À l’heure actuelle, nous estimons simplement les informations de perception, comme l’emplacement du contact, par exemple. Nous voulons boucler la boucle. Alors, comment pouvons-nous utiliser ces informations sur une main ou un système robotique afin qu'il puisse effectuer des tâches du monde réel qui sont très utiles ?

Ce sont nos prochaines étapes.

Transcription

00:00:02 Les robots peuvent désormais ressentir ce qu'ils touchent, tout comme nous. Enfin presque. Des chercheurs de l'Université de Cambridge ont créé une peau artificielle dotée de capteurs ultrasensibles. Ces capteurs ne détectent pas seulement la pression, ils lisent la texture, la température et même les signaux de type douleur. La peau que les chercheurs ont moulée en forme de main est fabriquée à partir d'un matériau

00:00:29 Hydrogel électrolytique avec électrodes intégrées autour du poignet. Les champs électriques générés à travers la peau détectent différents types de stimulation. Les capteurs surveillent des milliers de bits d'informations qui détectent non seulement où se trouve la stimulation, mais également le type de stimulation. Les informations sont ensuite transférées aux électrodes. La peau artificielle peut détecter plusieurs

00:00:56 sensations en même temps, telles que le toucher, l'humidité, la température et la douleur, et peut s'adapter aux mains d'un robot mécanique comme un gant. Cette peau à faible coût pourrait révolutionner les domaines de la prothèse, de la chirurgie robotique, de l’industrie automobile, de la rééducation ou encore de l’exploration spatiale. Quelle est cette sensation ? L'avenir est devenu un peu plus humain.