Представьте робота, который точно знает, где находятся его «руки» и «ноги», ощущает лёгкое прикосновение и мгновенно реагирует на внешнюю силу — и всё это без единой камеры или внешних датчиков слежения. Именно такую систему создали исследователи Национального университета Сингапура. Они наделили мягких роботов проприоцепцией — тем самым «шестым чувством», которое помогает человеку понимать положение тела, даже не глядя на него.
Традиционные мягкие роботы всегда сталкивались с одной большой проблемой: их датчики деформации реагируют одновременно и на собственные движения, и на внешние воздействия. Разобраться, где своё, а где чужое, было почти невозможно. Учёные решили эту задачу с помощью фреймворка «expected perception» — «ожидаемого восприятия».
Робот сначала рассчитывает, как должно двигаться его тело согласно команде, а потом сравнивает этот прогноз с реальными сигналами от встроенных датчиков. Любое расхождение мгновенно сигнализирует о внешнем контакте или изменении окружающей среды. В качестве сенсоров использовали гибкие полоски на основе жидкого металла, которые точно измеряют изгиб, растяжение и деформацию.
Проверка в реальных условиях
Технологию испытали сразу в двух сценариях. В первом робот самостоятельно прошёл лабиринт, ориентируясь только на внутренние ощущения и касания стен. Камеры не использовались вообще. Во втором эксперименте человек-оператор провёл робота через серию движений, похожих на медицинский массаж на манекене. Затем робот самостоятельно повторил эти движения с высокой точностью.
Результаты впечатляют: внешний контакт робот обнаруживает всего за 0,4 секунды, а направление приложенной силы определяет с погрешностью менее 10 градусов даже в динамичной обстановке.
Профессор Сесилия Ласки (Cecilia Laschi) из кафедры машиностроения Национального университета Сингапура подчёркивает: «Мягким роботам тоже нужна проприоцепция. Теперь они могут различать собственные движения и внешние воздействия, что открывает совершенно новые возможности».
Где это пригодится
Новая технология особенно ценна для медицины и реабилитации. Мягкие роботы смогут безопасно взаимодействовать с людьми: помогать пожилым, ассистировать медсёстрам или поддерживать хирургов при минимально инвазивных операциях. Кроме того, такие машины отлично подойдут для подводной робототехники — например, для «рук-осьминогов», которым в темноте и мутной воде камеры почти бесполезны.
В будущем исследователи планируют усовершенствовать систему предсказаний с помощью моделей машинного обучения, вдохновлённых тем, как человеческий мозг строит внутреннюю модель тела на основе опыта.
Работа опубликована в журнале Nature Communications.
