최근 몇 년 동안 전 세계의 수많은 로봇 공학자들은 인간의 촉각을 인공적으로 복제할 수 있는 로봇 시스템을 개발하기 위해 노력하고 있습니다. 또한 딱딱한 구조 대신 부드러운 소재를 사용하여 점점 더 현실감 있고 발전된 생체 공학 팔다리와 인간형 로봇을 만들기 위해 노력하고 있습니다.
질감과 관련된 장점에도 불구하고 부드러운 재료로 만들어진 로봇 손은 종종 광범위한 감각 정보를 수집할 수 없습니다. 사실, 인간이 물체에 대한 촉각 정보를 수집할 수 있도록 하는 복잡한 생물학적 메커니즘을 복제하는 것은 지금까지 매우 어려운 것으로 판명되었습니다.
베이징 Beihang University의 연구원들은 최근 부드러운 재료로 만들어진 로봇 손가락에 적용될 수 있는 새로운 촉각 감지 기술을 개발했습니다. 도입된 이 메커니즘은 포유동물이 신체의 위치와 움직임을 인식하거나 인식할 수 있게 하는 생물학적 메커니즘인 고유수용성에서 영감을 받았습니다.
연구를 수행한 연구원 중 한 명인 Chang Cheng은 "최근 연구의 이면에 있는 아이디어는 인체의 위치와 힘줄/관절에 가해지는 하중을 결정하는 인체에서 발견되는 고유감각 프레임워크를 기반으로 합니다."라고 말했습니다. “눈가리개를 쓰고 귀를 가릴 때 여전히 손의 자세, 팔의 위치 또는 식료품 가방의 무게를 느낄 수 있다고 생각해 보십시오. 이 능력은 고유감각으로 알려져 있습니다. 우리는 의수 연구 프로젝트를 진행하고 있으며 기존 의수에 감각 피드백이 부족한 문제를 해결할 방법을 찾고 있습니다.”
과거에 로봇 공학 연구자들은 일반적으로 고유 감각을 촉각과 연관시키지 않았습니다. 사실, 인간의 고유감각 메커니즘은 특별히 정확한 반응을 허용하지 않기 때문에 인간이 물체나 표면의 질감을 인식하는 데 사용하지 않는 것 같습니다.
그러나 산업용 센서는 인간 고유 수용체보다 훨씬 더 민감하기 때문에 로봇 손가락에 적용하면 연구자가 보다 정확한 촉각 감각 피드백을 수집하는 데 도움이 될 수 있습니다. Cheng과 그의 동료들이 만든 프로토타입 시스템은 선형 액추에이터, 힘줄(또는 케이블), 변형률로 구성됩니다. 감지기 이전 논문 중 하나에서 소개된 부드러운 로봇 손가락.
"힘줄은 손가락을 액추에이터에 연결하고 스트레인 센서는 힘줄 중간에 설치됩니다."라고 Cheng이 말했습니다. “액츄에이터가 구동되면 힘줄을 잡아당겨 손가락이 구부러지거나 펴지고 힘줄의 변형률이 그에 따라 바뀝니다. 손가락이 다른 물체를 만지면 센서는 접촉된 물체를 특징짓는 일련의 변형 신호를 출력합니다.”
본질적으로 연구원들이 고안한 기술은 센서의 판독값에서 특징을 추출합니다. 그런 다음 기계 학습 도구를 사용하여 로봇 손가락이 만지고 있는 표면이나 물체의 질감과 강성을 해독합니다.
Cheng과 그의 동료들은 그들이 만든 프로토타입 시스템을 사용하여 일련의 테스트를 실행하여 촉각 감지 기술을 평가했습니다. 그들은 그들의 기술이 높은 수준의 정확도(각각 100% 및 99.7%)로 질감과 강성을 해독할 수 있음을 발견했습니다.
Cheng은 “바이오닉 핑거의 신경 분포에 대한 기존 연구는 대부분 손가락 끝 표면에 센서를 설치하는 것을 제안했습니다. “이러한 연구가 유망한 결과를 가져왔지만 실제로는 종종 보장할 수 없는 손가락 끝 센서와 물체 사이의 정확한 접촉이 필요합니다. 우리 연구의 주요 이점은 감지 장치가 힘줄에 있으므로 손가락의 어느 곳에서나 접촉하면 촉각 정보를 추론하는 데 사용할 수 있는 특성화된 신호 출력이 생성된다는 것입니다.”
이 연구원 팀이 도입한 새로운 촉각 감지 방법은 로봇 힘줄에 센서를 내장하는 것을 기반으로 합니다. 미래에 그들이 개발한 시스템은 표면과의 완전하거나 정확한 접촉 없이도 촉각 및 고유감각 피드백을 수집할 수 있는 보다 발전된 로봇과 의수를 개발하는 데 사용될 수 있습니다.
"우리는 현재 이 시스템의 미끄러짐 감지 기능을 조사하고 있습니다."라고 Cheng이 말했습니다. “인간이 물건을 조작하거나 잡을 때 미끄러짐은 거의 불가피하므로 미끄러짐을 감지하고 제어하는 것은 견고하고 안정적인 제어에 매우 중요합니다. 따라서 미끄러짐 감지 기능을 추가하면 좋은 기능이 될 것이며 예비 실험에서 매우 유망한 결과가 나타났습니다.”
시스템을 추가로 개발하는 것 외에도 연구원들은 저비용 촉각 기술 개발을 위해 유명한 나노 기술 연구소와 협력하고 있습니다. 감지기 힘/토크 신호를 감지할 수 있고 로봇 손끝에 놓을 수 있습니다. 그들은 이미 이 장치의 몇 가지 프로토타입을 만들었고 현재 성능을 평가하고 있습니다.
