ประเทศญี่ปุ่น

หนึ่งในแนวทางที่ดีที่สุดในการปรับปรุง HRI คือการให้หุ่นยนต์สามารถรับรู้สภาพแวดล้อมได้หลายวิธี เช่น โดยการสัมผัส เสียง และการมองเห็น ในสามสิ่งนี้ ความรู้สึกสัมผัสมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับหุ่นยนต์ที่มีแนวโน้มว่าจะสัมผัสทางกายภาพกับมนุษย์ระหว่างการทำงาน แม้ว่าเซ็นเซอร์สัมผัสขนาดเล็กจะมีความก้าวหน้าอย่างมากในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา แต่การพัฒนาเซ็นเซอร์สัมผัสขนาดใหญ่กลับประสบกับความท้าทาย ยิ่งไปกว่านั้น นักวิจัยส่วนใหญ่ให้ความสำคัญกับระบบที่ตอบสนองต่อการสัมผัสทางกายภาพและไม่สนใจสิ่งเร้าที่ไม่ต้องสัมผัส เช่น เมื่อวัตถุอยู่ใกล้กัน เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้ ทีมวิจัยที่นำโดยรองศาสตราจารย์ Van Anh Ho จาก Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) ได้พัฒนา ProTac ซึ่งเป็นนวัตกรรมการเชื่อมโยงหุ่นยนต์แบบอ่อนที่มีความสามารถในการตรวจจับสัมผัสและความใกล้เคียง ตามที่ได้อธิบายไว้ในรายงานของพวกเขาที่นำเสนอในIEEE-RAS International Conference on Soft Robotics (ROBOSOFT)ทีมงานไม่เพียงออกแบบ ProTac เอง แต่ยังเป็นผู้บุกเบิกเฟรมเวิร์กการจำลองและการเรียนรู้ใหม่เพื่อเตรียมการเชื่อมต่อโรโบติกอย่างมีประสิทธิภาพสำหรับการใช้งาน แต่ลิงค์หุ่นยนต์มีลักษณะอย่างไร และ ProTac มีประโยชน์อย่างไร โดยทั่วไป การเชื่อมโยงของหุ่นยนต์คือส่วนประกอบโครงสร้างที่แข็งแรงของหุ่นยนต์ที่เชื่อมต่อข้อต่อตั้งแต่สองข้อต่อขึ้นไป ตัวอย่างเช่น การเชื่อมโยงแบบหุ่นยนต์สามารถเห็นเป็น 'ส่วน' ต่างๆ ในแขนขาแบบหุ่นยนต์ ญี่ปุ่น ในการศึกษานี้ ProTac ได้รับการออกแบบให้เป็นชิ้นส่วนทรงกระบอกที่อ่อนนุ่มสำหรับแขนหุ่นยนต์ สิ่งที่ทำให้น่าทึ่งคือวิธีที่นักวิจัยรวมเอาความสามารถในการสัมผัสและความใกล้เคียงเข้าด้วยกันด้วยวิธีที่สะดวกและประหยัดพื้นที่ ProTac มี 'soft magic skin' ด้านนอกที่สามารถเปลี่ยนรูปร่างได้เล็กน้อยเมื่อสัมผัสโดยไม่มีความเสียหาย ด้านในของผิวหนังมีลวดลายเป็นอาร์เรย์ของเครื่องหมายสะท้อนแสง และมีการติดตั้งกล้องฟิชอายที่ปลายทั้งสองด้านของข้อต่อหุ่นยนต์ที่มองไปยังเครื่องหมายเหล่านี้ แนวคิดคือ เมื่อสัมผัสทางกายภาพและการเปลี่ยนรูปของผิวหนัง การเปลี่ยนแปลงในตำแหน่งสัมพัทธ์ของเครื่องหมายจะถูกบันทึกโดยกล้องและประมวลผลเพื่อคำนวณตำแหน่งและความเข้มของการสัมผัสที่แม่นยำ นอกจากนี้ ผิวด้านนอกยังเป็นโพลิเมอร์ที่ใช้งานได้ซึ่งสามารถทำให้โปร่งใสได้ทั้งหมดโดยการใช้แรงดันไฟฟ้าภายนอก ช่วยให้กล้องฟิชอายสามารถถ่ายภาพสภาพแวดล้อมของ ProTac ซึ่งเป็นภาพสำหรับการคำนวณความใกล้เคียง เพื่อฝึกให้ ProTac ทำการวัดระยะใกล้และสัมผัสได้ง่ายขึ้น ทีมงานยังได้พัฒนา SimTacLS ซึ่งเป็นเฟรมเวิร์กการจำลองแบบโอเพ่นซอร์สและการเรียนรู้โดยใช้เครื่องมือฟิสิกส์ของ SOFA และ Gazebo (ดูเอกสารที่นี่) เฟรมเวิร์กแมชชีนเลิร์นนิงนี้ได้รับการฝึกฝนด้วยข้อมูลจำลองและการทดลองโดยพิจารณาจากฟิสิกส์ของการสัมผัสที่นุ่มนวลและการแสดงภาพเซ็นเซอร์ที่เหมือนจริง "SimTacLS ช่วยให้เราสามารถใช้การรับรู้สัมผัสได้อย่างมีประสิทธิภาพในการเชื่อมโยงของหุ่นยนต์โดยไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายสูงในการตั้งค่าการทดลองที่ซับซ้อน" ศาสตราจารย์โฮกล่าว "นอกจากนี้ ด้วยกรอบการทำงานนี้ ผู้ใช้สามารถตรวจสอบการออกแบบเซ็นเซอร์และประสิทธิภาพการตรวจจับตามการเรียนรู้ได้อย่างง่ายดายก่อนที่จะดำเนินการจริง การประดิษฐ์และการนำไปใช้" โดยรวมแล้วงานนี้จะช่วยปูทางไปสู่โลกที่มนุษย์สามารถอยู่ร่วมกันอย่างกลมกลืนและทำงานร่วมกับหุ่นยนต์ได้ ศาสตราจารย์ Ho รู้สึกตื่นเต้นกับการมีส่วนร่วมของทีมงานในความฝันนี้: "เราคาดหวังว่าอุปกรณ์ตรวจจับและเฟรมเวิร์กที่เสนอจะนำมาซึ่งโซลูชั่นขั้นสูงสุดสำหรับการออกแบบหุ่นยนต์ที่มีความนุ่มนวล การตรวจจับทั้งตัวและหลายรูปแบบ รวมถึงกลยุทธ์การควบคุมความปลอดภัย" เป็นที่น่าสังเกตว่าเทคนิคที่นำเสนอสามารถขยายไปยังระบบหุ่นยนต์ประเภทอื่น ๆ นอกเหนือจากหุ่นยนต์บังคับที่แสดงในการศึกษา เช่น หุ่นยนต์เคลื่อนที่และบินได้ ยิ่งไปกว่านั้น ProTac หรือลิงค์หุ่นยนต์ที่คล้ายกันสามารถใช้เพื่อเปิดใช้งานการจัดการของหุ่นยนต์ในสภาพแวดล้อมที่รกหรือเมื่อทำงานในบริเวณใกล้เคียงกับมนุษย์