Исследователи из Корейского института передовых технологий (KAIST) и Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне разработали надувную оболочку BaymaxSkin для человекоподобных роботов. Прототип создан на основе готового надувного костюма Бэймакса из мультфильма «Город героев». Оболочка решает две задачи: снижает силу удара и определяет точку контакта с человеком. Тем самым она объединяет физическую безопасность и сенсорную осведомленность в одном решении.
Надувной костюм образует вокруг робота мягкую воздушную прослойку, которая сохраняет расстояние между металлическими деталями и человеком даже при нажатии. Деформация оболочки становится сигналом для системы — так фиксируется сам факт прикосновения. Внутри костюма установлено 116 датчиков VL53L5CX, объединенных в 16 модулей. Сенсоры расположены под углом 45°, обеспечивая круговое покрытие отдельных частей тела. Система опрашивается с частотой 20 Гц.
Датчики направлены на внутреннюю сторону оболочки. Когда человек касается костюма, ткань прогибается, изменяя расстояния, фиксируемые сенсорами. Даже небольшой предмет деформирует сравнительно большую область мягкой оболочки, что облегчает регистрацию изменения.
Однако оболочка изменяется не только при внешнем контакте, но и при движениях робота — поднятии руки или сгибании локтя. Чтобы отличать собственные движения от настоящих касаний, исследователи обучили многослойный перцептрон. Нейросеть получает углы суставов и предсказывает, как должна выглядеть точечная 3D-модель внутренней поверхности оболочки, фильтруя ложные сигналы.
Максимальная сила удара, поглощаемая оболочкой, снижается на 62% по сравнению с жесткой поверхностью. Время реакции системы от момента касания до регистрации контакта составляет около 50 мс. Общий вес надувного костюма вместе с датчиками не превышает 2 кг, что не ограничивает подвижность робота.
Система делает робота безопасным за счет мягкой оболочки и датчиков касания. Но есть нюансы: большие предметы создают шум (задевают сразу много сенсоров), а распознавание объектов требует дообучения. В планах — улучшить анализ касаний и внедрить систему в более сложных роботах.
Читайте также нашу статью о том, как Haier показала AI Kitchen Genius CR3: робота-повара, который готовит без участия человека.