피부와 유사한 특성을 지닌 로봇용 소프트 촉각 센서

Aresearch 팀은 피부와 유사한 특성을 가진 부드러운 촉각 센서를 개발했습니다. 센서가 손가락 끝에 장착된 로봇 그리퍼는 깨지기 쉬운 물체를 안정적으로 잡고 바늘에 꿰는 것과 같은 어려운 작업을 수행할 수 있습니다.

인간 피부의 주요 특징은 전단력(두 물체가 접촉할 때 서로 미끄러지거나 미끄러지게 만드는 힘)을 감지하는 능력입니다. 전단력의 크기, 방향 및 미묘한 변화를 감지함으로써 인간의 피부는 피드백으로 작용하여 손과 손가락으로 물체를 안정적으로 잡는 방법 또는 물체를 얼마나 세게 잡아야 하는지를 조정할 수 있습니다.

인간 피부의 이러한 특징을 모방하기 위해 부드러운 촉각 센서는 인간 피부와 같은 다층 구조에 통합되었으며 약 0.5mm 두께의 유연하고 특수 자화 된 필름을 최상층으로 포함합니다. 외력이 가해지면 필름의 변형으로 인한 자기장의 변화를 감지할 수 있습니다. 더 중요한 것은 외력을 자동으로 두 가지 구성요소로 분리하거나 분해할 수 있다는 것입니다. 수직력(물체에 수직으로 가해지는 힘)과 전단력은 각각 이 두 가지 힘의 정확한 측정을 제공합니다.

또한 센서는 사람의 피부와 같은 또 다른 특성을 가지고 있습니다. 바로 자극의 위치를 ​​최대한 정확하게 찾을 수 있는 촉각적인 "초해상도"입니다. 효율적인 촉각 초해상도 알고리즘은 딥 러닝을 사용하여 접촉 위치의 위치 파악 정확도를 60배 향상시킵니다. 이러한 촉각 초해상도 알고리즘은 최소한의 감지 장치로 촉각 센서 어레이의 물리적 해상도를 향상시켜 배선 수와 신호 전송에 필요한 시간을 줄일 수 있습니다.

로봇 그리퍼의 손끝에 센서를 장착함으로써 팀은 로봇이 어려운 작업을 수행할 수 있음을 보여주었습니다. 로봇 그리퍼는 달걀처럼 깨지기 쉬운 물체를 외부의 힘으로 끌면서 안정적으로 잡고 원격 조작을 통해 바늘에 실을 꿰었다. 센서는 센서 어레이의 형태로 쉽게 확장되거나 로봇의 전신을 덮는 연속적인 전자 피부까지 확장될 수 있습니다.

센서의 두께를 변경하지 않고 센서의 최상층(자성막)의 자화 방향을 변경하여 센서의 감도 및 측정 범위를 조정할 수 있습니다. 이를 통해 e-skin은 사람의 피부처럼 부위별로 감도와 측정 범위가 다를 수 있습니다. 또한, 센서는 다른 촉각 센서에 비해 제작 및 보정 과정이 훨씬 짧습니다.

이 센서는 적응형 잡기, 손재주 조작, 질감 인식, 스마트 보철 및 인간-로봇 상호 작용과 같은 로봇 공학 분야의 응용 프로그램에 유용할 수 있습니다.