Новые роботы смогут видеть кожей: изобретение ученых произвело революцию в машинном зрении

Робототехника — одна из самых быстроразвивающихся и перспективных областей науки и техники. Роботы могут выполнять различные задачи, которые трудно или невозможно сделать человеку. Однако для того, чтобы роботы могли адаптироваться к разнообразным условиям и ситуациям, им необходимо иметь гибкую и умную конструкцию, способную менять свою форму и функции в зависимости от потребностей.


Одним из ключевых элементов робота является его система зрения, которая позволяет ему воспринимать окружающий мир и реагировать на него. Традиционные системы машинного зрения основаны на жестких и сложных оптических устройствах, таких как камеры, линзы, зеркала и т. д., которые имеют ограниченный диапазон фокусировки, угол обзора и чувствительность к свету. Кроме того, эти устройства занимают много места, весят много и потребляют много энергии.

В связи с этим возникает потребность в создании нового типа материала, который был бы гибким, легким, дешевым и эффективным для использования в системах зрения роботов. Такой материал был разработан учеными университета Небраски в Линкольне. Он объединяет гидрогель и силикон и обладает уникальными свойствами, которые открывают широкие возможности применения.

Гидрогель — полимерный материал, который может содержать большое количество воды в своей структуре. Гидрогели широко используются в биомедицине, косметологии, сельском хозяйстве и других областях благодаря своей биосовместимости, гидрофильности, мягкости и способности к самовосстановлению. Однако гидрогели имеют низкую прочность, жесткость и устойчивость к разрыву.

Силикон состоит из кремния и кислорода с присоединенными органическими группами. Силиконы имеют высокую термостабильность, химическую инертность, эластичность и гидрофобность. Силиконы широко используются в промышленности, электронике, строительстве и других областях благодаря своей прочности, жесткости и устойчивости к разрыву. Однако силиконы имеют низкую биосовместимость, гидрофильность и способность к самовосстановлению.

Ученые университета Небраски в Линкольне смогли создать гибкий материал, объединяющий гидрогель и силикон, с помощью специальной технологии. Они использовали два разных типа гидрогелей: один с высокой концентрацией полимера и другой с низкой. Затем они смешали эти гидрогели с жидким силиконом и подвергли их термической обработке. В результате получился материал, который состоит из трех слоев: верхний и нижний слои из гидрогеля с высокой концентрацией полимера и средний слой из гидрогеля с низкой концентрацией полимера, пронизанный силиконом.

Новый материал имеет ряд уникальных свойств, которые делают его подходящим для использования в системах зрения роботов. Во-первых, он может менять свои размеры и физические характеристики в зависимости от температуры, влажности и электрического поля. Это дает ему возможность адаптироваться к различным условиям окружающей среды и выполнять разные функции. Во-вторых, он способен фокусировать свет, преломляя его на разных углах в зависимости от толщины материала. Это позволяет создавать четкие изображения на разных расстояниях без использования дополнительных оптических элементов. К тому же он может детектировать свет, меняя свою электрическую проводимость в зависимости от интенсивности освещенности. Таким образом робот сможет регистрировать световые сигналы и передавать их по электрической цепи.

С этим материалом можно создать зрительную систему, которая способна использовать массивы гибких линз для простой фокусировки. Такие массивы могут быть использованы для покрытия кожи роботов, что позволит им ориентироваться в окружающем пространстве без необходимости сложных и дорогостоящих бинокулярных систем. Благодаря этому, роботы будут иметь обзор в 360°.

Подобная система зрения имеет ряд преимуществ перед традиционными системами. Она более легкая, дешевая и энергоэффективная, так как не требует механических частей, моторов, батарей и проводов. Плюс, она более гибкая и адаптивная, — может менять свою форму и функции в зависимости от потребностей робота. И, наконец, она более надежная и безопасная, потому что практически не подвержена поломкам и износу.