Восприятие мягкости мы часто принимаем как должное, но на самом деле оно играет критическую роль во многих наших взаимодействиях с окружающим миром. От определения степени спелости авокадо до проведения медицинского обследования или просто прикосновения к руке близкого человека. Однако понять и воспроизвести это восприятие — задача не из простых, поскольку оно включает в себя множество сенсорных и когнитивных процессов.
Исследователи в области робототехники уже годами пытаются справиться с этой задачей с помощью так называемых гаптических устройств, но ранние попытки не учитывали два основных элемента восприятия мягкости: кутанные подсказки (сенсорные отклики от кожи кончика пальца) и кинестетические подсказки (информация о силе, действующей на сустав пальца).
Научная группа, возглавляемая Джейми Пайком, недавно достигла прорыва в этой области. При помощи разработанного ими устройства, SORI (Softness Rendering Interface), удалось достоверно воспроизвести ощущение мягкости различных материалов, что представляет огромную значимость для робототехники и открывает множество новых возможностей в таких, например, областях, как исследование морских глубин и робохирургия. SORI также является потенциальным ответом на одну из самых больших проблем в роботизированном сельском хозяйстве: сбор нежных фруктов и овощей, без их повреждения.
Если нажать на зефир кончиком пальца, легко определить, что он мягкий. Но если вы положите твердое печенье поверх зефира и снова нажмете, вы все равно сможете определить, что мягкий зефир находится под ним, даже если кончик вашего пальца касается твердой поверхности. Мы хотели посмотреть, сможем ли мы создать роботизированную платформу, которая сможет делать то же самое
— Мустафа Мете, аспирант Лаборатории робототехники в Инженерной школе.
Одно из интересных наблюдений, полученных в ходе исследования, заключается в том, что каждый из нас воспринимает мягкость по-своему. Нейронаучные и психологические исследования показывают, что кутанные подсказки в значительной мере опираются на количество кожи, контактирующей с поверхностью, что, в свою очередь, связано с деформацией объекта. Проще говоря, поверхность, покрывающая большую площадь кончика пальца, будет восприниматься как более мягкая. Однако кончики пальцев у разных людей отличаются по размеру и твёрдости.
Мы поняли, что мягкость, которую ощущает человек, может быть субъективной, из-за разной формы пальцев. Итак, для нашего исследования нам сначала пришлось разработать параметры геометрии кончика пальца и его контактной поверхности, чтобы оценить признаки мягкости
— Мустафа Мете.
Затем были проведены эксперименты с различными материалами. Все эти данные были затем загружены в устройство SORI, где они были аккуратно связаны с кинестетическими подсказками.
SORI оснащена уникальными оригами-суставами, разработанными в лаборатории перенастраиваемой робототехники, с помощью которых можно изменять жесткость устройства. Над суставами расположена массивная силиконовая мембрана с углублениями, которая может быть надута воздухом с разной силой, образуя колпачок, покрывающий кончик пальца.
Используя эту новаторскую технику разделения функций кутанных и кинестетических подсказок, SORI успешно воспроизвела ощущение мягкости различных материалов — от говядины и лосося до зефира. Устройство также смогло имитировать материалы с разной жесткостью, такие как печенька на зефире или книга с кожаным переплетом. Более того, в одном эксперименте SORI удалось воспроизвести ощущение пульсирующего сердца, демонстрируя эффективность в воспроизведении ощущений мягких материалов в движении.
Очевидно, медицина является одной из основных областей применения этой технологии. Устройство может использоваться для тренировки студентов медицинских вузов в обнаружении раковых опухолей или для предоставления хирургам важной тактильной обратной связи при выполнении операций с помощью роботов.
