Miękkie powłoki skórne i czujniki dotyku okazały się obiecującą funkcją robotów, która jest zarówno bezpieczniejsza, jak i bardziej intuicyjna w interakcji z człowiekiem, ale jest droga i trudna w wykonaniu. Niedawne badanie pokazuje, że miękkie nakładki naskórne, które pełnią jednocześnie funkcję czujników wykonanych z termoplastycznego uretanu, można wydajnie wytwarzać za pomocą drukarek 3D.
„Sprzęt robotyczny może angażować duże siły i momenty obrotowe, dlatego musi być dość bezpieczny, jeśli ma bezpośrednio wchodzić w interakcję z ludźmi lub być używany w jego środowisku” – powiedział kierownik projektu Joohyung Kim, profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej na Uniwersytecie Uniwersytet Illinois w Urbana-Champaign. „Oczekuje się, że miękka skóra odegra w tym względzie ważną rolę, ponieważ można ją wykorzystać zarówno do zapewnienia zgodności z wymogami bezpieczeństwa mechanicznego, jak i do wykrywania dotyku.
Jak doniesiono w czasopiśmie IEEE Transactions on Robotics, wydrukowane w 3D podkładki pełnią zarówno funkcję miękkiej skóry ramienia robota, jak i mechanicznych czujników opartych na nacisku. Klocki posiadają hermetyczne uszczelki i łączą się z czujnikami ciśnienia. Podobnie jak ściśnięty balon, podkładka odkształca się przy dotknięciu czegoś, a wyparte powietrze aktywuje czujnik ciśnienia.
Kim wyjaśnił: „Dotykowe czujniki robotyczne zwykle zawierają bardzo skomplikowane układy elektroniki i są dość drogie, ale pokazaliśmy, że funkcjonalne i trwałe alternatywy można stworzyć bardzo tanio. Co więcej, ponieważ jest to tylko kwestia przeprogramowania drukarki 3D, ta sama technika można łatwo dostosować do różnych systemów robotycznych.”
Naukowcy wykazali, że tę funkcję można w naturalny sposób wykorzystać ze względów bezpieczeństwa: jeśli elektrody wykryją cokolwiek w pobliżu niebezpiecznego obszaru, np. stawu, ramię automatycznie się zatrzymuje. Można ich również używać do celów operacyjnych, ponieważ robot interpretuje dotknięcia i stuknięcia jako instrukcje.
Ponieważ części drukowane w 3D są stosunkowo proste i niedrogie w produkcji, można je łatwo dostosować do nowych systemów robotycznych i wymienić. Kim zauważył, że ta cecha jest pożądana w zastosowaniach, w których czyszczenie i konserwacja części jest kosztowna lub niewykonalna.
„Wyobraźcie sobie, że chcecie używać robotów o miękkiej skórze do pomocy w szpitalu” – powiedział. „Należyłoby je regularnie odkażać lub wymagać regularnej wymiany skóry. Tak czy inaczej, wiąże się to z ogromnymi kosztami. Jednak druk 3D jest procesem bardzo skalowalnym, więc wymienne części można wykonać niedrogo i łatwo je zakładać i zdejmować ciało robota.”
Dotykowe sygnały wejściowe, takie jak te dostarczane przez nowe podkładki, są stosunkowo niezbadanym aspektem automatycznego wykrywania i kontroli. Kim ma nadzieję, że łatwość tej nowej techniki produkcji wzbudzi większe zainteresowanie.
„W tej chwili wizja komputerowa i modele językowe to dwa główne sposoby interakcji ludzi z systemami robotycznymi, ale istnieje zapotrzebowanie na więcej danych na temat interakcji fizycznych, czyli danych na poziomie siły” – powiedział. „Z punktu widzenia robota informacja ta stanowi najbardziej bezpośrednią interakcję z jego otoczeniem, ale bardzo niewielu użytkowników – głównie badaczy – myśli o tym. Gromadzenie tych danych na poziomie siły jest docelowym zadaniem dla mnie i moich Grupa.