Роботы, ощущающие боль, реагируют быстрее человека благодаря новому искусственному ощущению

Когда человек касается горячего предмета, его рука практически мгновенно отводится, даже не осознавая этого. Это критически важная реакция, которая может предотвратить травму. В основе этого — передача сигнала от сенсорных нервов кожи к спинному мозгу и мгновенное сокращение мышц. В этот момент мозг еще не успевает обработать сигнал. Большинство роботов, к сожалению, работают иначе: информация о контакте сначала поступает в центральный процессор, где она анализируется, и только потом команда передается на моторы. Даже небольшая задержка в этом процессе может привести к повреждению робота или опасным ситуациям.

Преодоление задержки в робототехнике

По мере того как роботы всё чаще внедряются в домашние, медицинские и рабочие среды, необходимость быстрого реагирования становится особенно актуальной. Задержки в реакции могут стать причиной травм или поломок. Ученые из Китайской академии наук и их партнеры разработали инновационную электронную кожу, получившую название нейроморфальная роботизированная кожа (NRE-skin). В отличие от простых сенсорных покрытий, эта кожа имитирует работу человеческой нервной системы, позволяя роботу не только чувствовать прикосновения, но и определять их опасность.

Конструкция и принцип работы новой электронной кожи

Новая кожа состоит из четырёх слоёв, повторяющих структуру настоящей кожи и нервов человека. Верхний слой — защитная оболочка, аналогичная эпидермису. Ниже расположены датчики и цепи, функционирующие как сенсорные нервы. Даже при отсутствии контакта на поверхности кожа посылает слабый электрический импульс каждые 75-150 секунд, подтверждая исправность системы. При повреждении этот импульс исчезает, и робот мгновенно узнает о травме. В случае прикосновения сигнал обрабатывается нейроноподобным образом. Если сила давления превышает заданный порог, кожа генерирует высокий электрический импульс, который напрямую отправляется к моторам — создавая реакцию «на рефлекс» аналогичную человеческому.

Реакция на опасные ситуации и модульность

Этот механизм позволяет роботу отреагировать мгновенно, например, убрав руку с горячей поверхности, — без задержки на обработку в центральном мозге. Такой подход существенно повышает безопасность и делает взаимодействие с роботом более естественным. Кроме того, кожа выполнена из магнитных модулей, которые легко заменяются: при повреждении отдельного участка его можно быстро снять и заменить, не меняя всю поверхность. Это уменьшает затраты и увеличивает срок службы робота.

Будущее робототехники и безопасность

В будущем роботы, особенно те, что работают рядом с людьми — в медицинских учреждениях, домах престарелых или в людных местах, — должны обладать высокой чувствительностью и способностью к мгновенной реакции. Внедрение системы, способной распознавать боль и опасность, повышает доверие и делает взаимодействие более безопасным. Исследователи уверены: их разработка приближает роботов к инстинктивному поведению, что делает их более похожими на живых партнеров, а не на механизмы.

Следующие шаги и вызовы

Следующая цель ученых — повысить чувствительность кожи так, чтобы она могла одновременно различать несколько прикосновений без ошибок. Если это удастся, роботы смогут выполнять сложные физические задачи, оставаясь при этом бдительными к опасностям на всей поверхности. Это значительно приблизит создание гуманоидных роботов, способных реагировать на стимулы инстинктивно и быстро.

Тем временем, внедрение таких технологий обещает сделать роботов более безопасными и более интегрированными в повседневную жизнь, превращая их из просто механических помощников в более чувствительных и интуитивных партнеров.