در یک مطالعه پیشگامانه جدید، پژوهشگران پوستی الکترونیکی توسعه داده اند که به ربات های انسان نما امکان می دهد لمس های روزمره را از نیروی آسیب زا تشخیص دهند. این توانایی که پیش تر تنها مختص سیستم های عصبی موجودات زنده بود، می تواند شیوه تعامل ربات ها با دنیای فیزیکی و به ویژه با انسان ها را دگرگون کند.

به گزارش ایسنا، پژوهشگرانی از دانشگاه فنی مونیخ و موسسات همکار آنها، از توسعه نوع جدیدی از پوست الکترونیکی خبر داده اند که برای کمک به ربات ها در تشخیص تماس فیزیکی مضر طراحی شده است. تمرکز این پژوهش بر ایجاد روشی قابل اعتمادتر است تا ربات ها بتوانند تفاوت میان لمس عادی و تعامل فیزیکی آسیب زا را تشخیص دهند.

به نقل از نیواطلس، این پژوهش به یکی از چالش های قدیمی رباتیک می پردازد و آن ساخت سیستم های لمسی است که فراتر از تشخیص ساده فشار عمل کنند و در عوض، رفتارهایی ایمن تر و سازگارتر را پشتیبانی کنند.

در قلب این سیستم سیگنال دهی، شبکه ای از حسگرهای فشار انعطاف پذیر قرار دارد که درون پوست الکترونیکی جاسازی شده اند. وقتی سطح پوست لمس می شود، فشرده می شود یا ضربه می خورد، این حسگرها نیروی مکانیکی را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کنند. در شرایط عادی، این سیگنال ها مستقیما به واحد پردازش مرکزی ربات ارسال می شوند. اما در سیستم جدید، اگر یک حس از آستانه مشخصی عبور کند، پوست به جای ارسال سیگنال به مرکز پردازش، آن را مستقیما به موتورها می فرستد.

آنچه این رویکرد را متمایز می کند، نحوه پردازش این سیگنال هاست. به جای آنکه لمس به عنوان یک ورودی خامِ فشار در نظر گرفته شود، سیستم از کُدگذاری نورومورفیک یا الهام گرفته از اعصاب زیستی استفاده می کند تا نیرو را به پالس های الکتریکی سریع تبدیل کند. فرکانس و الگوی این پالس ها بسته به شدت تماس و محل آن تغییر می کند.

تا زمانی که نیروها در محدوده ایمن باقی بمانند، سیگنال ها نشان دهنده تعامل عادی هستند. اما به محض اینکه فشار از آستانه ازپیش تعریف شده عبور کند، الگوی سیگنال به طور ناگهانی تغییر می کند و پاسخ های محافظتی را فعال می سازد.

پژوهشگران تاکید می کنند که این سیستم تنها برای تشخیص فشار مکانیکی طراحی شده است. این فناوری بیانگر درد احساسی یا تجربه ی حسی سطح بالا نیست، بلکه صرفا یک سیگنال عملکردی فراهم می کند که به ربات اجازه می دهد نیروی آسیب زا را تشخیص دهد و واکنش نشان دهد.

پژوهشگران می نویسند: پوست الکترونیکی نورومورفیک رباتیک ما دارای معماری چند سطحی الهام گرفته از سیستم عصبی است که امکان حس لامسه با وضوح بالا، تشخیص فعال درد و آسیب همراه با رفلکس های محلی، و تعمیر ماژولار با قابلیت جداسازی سریع را فراهم می کند. این طراحی به طور چشمگیری لمس ربات، ایمنی، و تعامل شهودی انسان و ربات را برای ربات های خدماتی همدل بهبود می بخشد.

برای ارزیابی عملکرد این سیستم، پژوهشگران، پوست الکترونیکی را در معرض انواع تعاملات فیزیکی قرار دادند؛ از لمس های ملایم گرفته تا نیروهای به تدریج قوی تر که برای شبیه سازی تماس های بالقوه آسیب زا طراحی شده بودند. این آزمایش ها به گروه اجازه داد بررسی کند که سیستم با چه دقتی می تواند گذار از تماس ایمن به ناایمن را در زمان واقعی تشخیص دهد.

در تمام آزمایش ها، شبکه حسگر به طور پیوسته در تولید الگوهای سیگنال متمایز و فعال سازی پاسخ های محافظتی متناسب با نیروی واردشده موثر عمل کرد. این سیستم در عرض چند میلی ثانیه واکنش نشان داد؛ سرعتی که برای واکنش های در لحظه مانند عقب کشیدن از تماس آسیب زا یا کاهش نیروی اعمال شده در حین تعامل کافی است. همچنین عملکرد سیگنال ها در چرخه های تماس مکرر پایدار باقی ماند که نشان دهنده ی دوام سیستم در استفاده ی طولانی مدت است.

این پیشرفت های عملکردی پیامدهای مستقیمی برای ایمنی در تعامل انسان و ربات دارند. با گسترش حضور ربات ها از محیط های کنترل شده ی کارخانه ای به فضاهای روزمره ی انسانی، توانایی تشخیص تماس آسیب زا اهمیت بیشتری پیدا می کند، زیرا وظایف نزدیک به انسان خطر برخوردهای تصادفی و اعمال نیروی بیش از حد را افزایش می دهند.

بیشتر سیستم های ایمنی فعلی ربات ها برای چنین تعامل فیزیکی نزدیکی طراحی نشده اند. در عوض، آن ها اغلب به حسگرهای خارجی، محدودیت های حرکتی از پیش برنامه ریزی شده، یا سازوکارهای خاموشی اضطراری متکی هستند. هرچند این روش ها مؤثرند، اما می توانند آهسته یا انعطاف ناپذیر باشند. با جاسازی مستقیم این قابلیت حسی در پوست ربات، سیستم جدید به ماشین ها اجازه می دهد به صورت محلی و آنی به تهدیدهای فیزیکی واکنش نشان دهند.

این فناوری همچنین می تواند عملکرد ربات ها را در وظایف مشارکتی که نیازمند تماس فیزیکی هستند مانند جابه جایی اشیا، وسایل کمک حرکتی، و ربات های خدماتی بهبود بخشد، زیرا به ربات ها امکان می دهد نیروی گرفتن و تماس را به طور مداوم و در لحظه تنظیم کنند. با تنظیم لحظه ای نیرو، ربات ها می توانند طبیعی تر با اشیای شکننده و محیط های غیرقابل پیش بینی تعامل داشته باشند، بدون آنکه بیش ازحد فشار وارد کنند، لیز بخورند یا تماس را اشتباه برآورد کنند.

فراتر از ایمنی و عملکرد، این فناوری نگاه انسان ها به ماشین ها و نحوه ی تعامل با آن ها را نیز دگرگون می کند. ربات هایی که به طور قابل مشاهده به فشار یا ضربه واکنش نشان می دهند، می توانند پاسخ گوتر و زنده تر به نظر برسند، حتی اگر هیچ تجربه ی احساسی واقعی در کار نباشد.

چنین بازخوردی ممکن است تعامل انسان و ربات را شهودی تر کند. همان طور که انسان ها به طور غریزی لمس خود را زمانی که طرف مقابل عقب می کشد تنظیم می کنند، بازخورد دیداری از ماشین ها نیز می تواند رفتار انسان را هدایت کرده و از آسیب های ناخواسته جلوگیری کند.

با وجود این مزایا، این فناوری پرسش های گسترده تری درباره ی میزان واقع گرایی ربات ها مطرح می کند. هرچند این قابلیت های حسی ایمنی و عملکرد را بهبود می بخشند و از راهبردهای زیستی الهام می گیرند، اما چالش های اخلاقی و طراحی جدیدی نیز ایجاد می کنند؛ از جمله این پرسش که آیا اصلا ماشین ها باید پاسخ هایی شبیه موجودات زنده داشته باشند یا خیر.

برخی پژوهشگران معتقدند ربات ها اساسا نیازی به سیگنال دهی شبیه درد ندارند. دیگران بر این باورند که الهام گرفتن از زیست شناسی ممکن است کارآمدترین مسیر برای ساخت ماشین هایی سازگار و مقاوم باشد. چالش اصلی در ایجاد تعادل میان سود عملکردی و خطر تشویق انسان انگاری غیرضروری و پیامدهای اجتماعی گسترده تر آن نهفته است. برای مثال، اگر چنین سیستم حسی در یک ربات انسان نما به یک برنامه ی پاسخ احساسی مدیریت شده توسط هوش مصنوعی متصل شود، چه اتفاقی می افتد؟

در آینده، تمرکز پژوهش ها بر گسترش پوشش حسگرها و بهبود دوام آن ها خواهد بود؛ دو عاملی که برای انتقال این فناوری از نمونه های آزمایشگاهی به کاربردهای واقعی ضروری هستند. هر یک از این گام ها می تواند تعیین کند که آیا این پوست رباتیک جدید می تواند از نمایش های کنترل شده ی آزمایشگاهی فراتر رفته و وارد استفاده ی عملی شود یا خیر.

در حال حاضر، این سیستم همچنان در مرحله ی ابتدایی پژوهش قرار دارد و یک فناوری تجاری نهایی محسوب نمی شود. در وضعیت فعلی، پوست الکترونیکی تنها بخش های محدودی را پوشش می دهد. گسترش آن به کل بدن ربات های انسان نما نه تنها به پیشرفت های چشمگیر در تولید نیاز دارد، بلکه مستلزم بهبود بهره وری انرژی و پردازش داده نیز هست.