Vedci z Bristolskej univerzity vyvinuli umelý konček prsta s potenciálom umožniť amputovaným “cítiť” objekty cez protetické končatiny.   Vytvorené zo série 3D tlačených papíl, podobných tým, ktoré sa nachádzajú tesne pod povrchom ľudskej kože, zariadenie tímu “TacTip” je schopné snímať tvary pred prenosom týchto údajov vo forme umelých nervových signálov. S ďalším výskumom a vývojom vedci tvrdia, že ich syntetický konček prsta by mohol spôsobiť revolúciu vo svete robotiky alebo pomôcť zlepšiť uchopenie tým, ktorí majú protetické ruky po celom svete. 

“Naša práca pomáha odhaliť, ako komplexná vnútorná štruktúra ľudskej pokožky vytvára náš ľudský zmysel pre dotyk,” hovorí profesor Nathan Lepora z Bristol Robotics Lab. “Je to vzrušujúci vývoj v oblasti mäkkej robotiky – schopnosť tlačiť 3D tlač hmatovej pokožky by mohla vytvoriť roboty, ktoré sú obratnejšie alebo výrazne zlepšia výkon protetických rúk tým, že im poskytnú vstavaný zmysel pre dotyk.”

Podľa vedcov z Bristolu pokroky v oblasti umelej inteligencie (AI) znamenajú, že stroje teraz môžu poraziť najlepších šachistov na svete, ale robotickým rukám stále chýba zručnosť na pohyb samotných kusov. Na prekonanie tohto problému tím hovorí, že oblasti neurovedy a robotiky sa začínajú “zbližovať”, čo prináša umelé hmatové senzorické systémy, ktoré dokážu lepšie “cítiť” objekty pri kontakte.   Jedným z kľúčov k vývoju robotov so skutočne ľudským zmyslom pre dotyk je to, ako sú takéto podnety kódované v našom periférnom nervovom systéme. V prípade ľudskej pokožky je tvorená zložitou zmesou vrstiev, mikroštruktúr a senzorických receptorov, ktoré sú základom mnohých jej základných funkcií, od ochrany našich vnútorných orgánov až po umožnenie zmyslového kontaktu. 

S ohľadom na to sa vedci pokúsili vytvoriť robotický konček prsta, ktorý napodobňuje dermálne a epidermálne vonkajšie vrstvy ľudskej pokožky tým, že ich vyrába z gumového materiálu a mäkkého elastomérneho gélu. Zariadenie je umiestnené v kryte s potlačou Stratasys-3D a je vybavené senzorickými schopnosťami sieťou hrebeňov a nodulárnych kolíkov zasadených pozdĺž jeho povrchu, podobne ako dermálne papily.   Výsledná štruktúra TacTip dokáže v podstate detegovať deformáciu kože bočným pohybom značiek na špičkách kolíkov pred prenosom informácií zhromaždených prostredníctvom série malých kamier. Tieto optické markery môžu byť, aspoň teoreticky, potom pomaly naladené tak, aby zodpovedali zmyslovým podnetom vyslaným do centrálneho nervového systému a mozgu ľudským telom, čím sa znovu vytvára pocit “pocitu” objektov.

“Ľudské hmatové nervy prenášajú signály z rôznych nervových zakončení nazývaných mechanoreceptory, ktoré môžu signalizovať tlak a tvar kontaktu,” vysvetľuje Lepora. “Zistili sme, že náš 3D tlačený hmatový konček prsta by mohol produkovať umelé nervové signály, ktoré vyzerajú ako záznamy zo skutočných hmatových neurónov.”

Vedci vytlačili “TacTip” umelý konček prsta. Obrázok je z Bristolskej univerzity. 

Uvedenie TacTip do testu 

S cieľom vyhodnotiť svoje zariadenie TacTip ho bristolský tím podrobil trom experimentom ľudského dotyku, ktoré boli navrhnuté tak, aby otestovali jeho schopnosti spätnej väzby sily, tvaru a orientácie. Počas prvého z nich, bol umelý konček prsta namontovaný na šesťosové robotické rameno ABB a bol stlačený, aby preukázal ľudskú reakciu na tlak.

Avšak, keď sa používa na snímanie orientácie rôznych inak tvarovaných roštov, zariadenie sa ukázalo menej citlivé ako prirodzená pokožka. Vo svojich prácach vedci naznačujú, že to môže byť spôsobené tým, že umelá koža je hrubšia a menej pružná, ale okrem miernej straty citlivosti tvrdia, že medzi nimi bol v skutočnosti “vysoký stupeň konvergencie”.   V dôsledku toho, tím pripúšťa, že TacTip potrebuje vyladenie. Očakávajú, že by mohol byť nakoniec namontovaný na robotické ruky, ktoré sa vyvíjajú vo svojom laboratóriu, aby poskytli továrenským strojom zmyslové vnímanie potrebné na úpravu ich priľnavosti na vyzdvihnutie určitých položiek, čo im umožní automatizovať úlohy, ktoré stále vyžadujú ľudský dotyk.

“Existuje široké využitie tohto druhu technológie, od vytvárania úplne autonómnych tovární budúcnosti až po autonómne poľnohospodárstvo,” uzatvára Lepora. “Namiesto toho, aby ľudia zbierali ovocie alebo zbierali úrodu, mohli by sme to robiť robotmi a vo futuristickejších aplikáciách by to mohlo obnoviť pocit dotyku protetických rúk.”

Robotická ruka s 3D tlačeným snímačom TacTip na malíčku. Obrázok z Bristolskej univerzity. 

Zatiaľ čo koncept budovania robotov s ľudským zmyslom pre chuť alebo dotyk môže znieť ako niečo priamo zo sci-fi filmu, vedci pokračujú v konkrétnych krokoch k dosiahnutiu tohto cieľa, často pomocou 3D tlače.   Už v roku 2020 boli vedci z Univerzity v Leedse a Edinburgskej univerzity schopní vytlačiť 3D jazyk citlivý na chuť. Vyrobený z umelej papily, podobne ako tie, ktoré používa tím Bristolskej univerzity, robotický jazyk nielenže obsahoval textúru podobnú skutočnému jazyku, ale ukázal sa ako schopný detekovať potraviny. 

Zdroj: 3printingindustry