「痛み」を感じるロボット：ロボットをより安全にする新しい電子皮膚

ロボット工学は、機械に視覚的な視覚的特徴を与えることができる新世代の電子皮膚の登場により、劇的な前進を遂げた。 人間の痛みのような警告システムロボットに苦しみを与えるのではなく、 故障や危険な行動を防ぐために、何かが間違っていることを明確かつ非常に迅速に知らせる信号 人々の近くで作業する場合。

最近数ヶ月、アジアのいくつかの研究チームが、 ニューロモルフィック「e-スキン」またはニューロエレクトロニックスキン ヒューマノイドロボットとサービスロボット向けに設計されています。これらのソリューションは、ある程度、神経系のロジックを再現しています。 触覚を感知し、刺激が危害を引き起こす可能性があることを認識して、本能的な反射を引き起こします。 常に遅い中央「脳」に依存する必要はありません。

ロボットが「痛み」に似たものを感じることができるというのはどういう意味でしょうか?

研究室では研究者たちは 「痛み」と危険な刺激の中心 この人工皮膚が、過度の熱、穴、衝撃、過度の圧力といった状況にどのように反応するかを説明します。機械がこのような接触を検知すると、緊急信号が発せられ、ロボットは損傷が拡大する前に、影響を受けた腕や脚を移動させるよう指示されます。

この反応は感情的なものではなく、むしろ人間の反射神経に似ています。バラの棘に触れたとき、 脳が痛みを完全に処理する前に体が反応する新しいスキンは、ロボットの方法で同じアイデアを追求し、非常に高速な応答によりモーター、シール、そして何よりもそれらと一緒に作業する人々を保護します。

「痛み」という言葉の使用は、ロボットが苦しんでいると考えさせる可能性があるため議論を呼ぶが、現実には 技術的な安全標識しかし、多くの専門家は、この種の言語は複雑な警報システムを簡潔に説明するのに役立ち、最終的には人間と機械の相互作用を改善すると認めています。

ヒューマノイドがもはや工場や研究室に限定されず、 倉庫、病院、物流センター、さらには住宅危険に対して敏感な皮膚を持つことは、もはやSFの世界ではなく、現実的な必需品となる。

人間の神経系にインスピレーションを得た建築

従来の電子スキンとの主な違いは、 ニューロモルフィックと階層型アーキテクチャこのスキンは、すべての圧力、温度、接触データを中央 CPU に送信して冷静に分析するのではなく、脳に到達する前に多くの反射が解決される人間の神経系の情報の流れを再現します。

このデザインは、一般的には 重なり合う4つの層外層は一種の保護的な合成表皮として機能し、衝撃、摩擦、そして日常的な作業による消耗に耐えられるように設計されています。その下には、感覚神経と信号伝達経路として機能するセンサーと回路を備えた層があります。

これらのセンサーは、ニューロモルフィックセンサーの製造と連動して、圧力、加えられた力、皮膚の健全性を常時測定します。システムは定期的に 処理装置への小さな電気インパルス すべてがまだ正常であることを示すサインとして。切れたり折れたりした場合、これらの刺激は影響を受けた部分で消え、損傷箇所を素早く特定できるようになります。

皮膚が他の表面と接触すると、電気スパイクが発生し、接触の強さ、圧力分布、局所刺激か拡散刺激かといった触覚に関する情報が符号化されます。これらすべてがロボットの 物体を認識し、それを掴む力を調整する壊れやすい部品を扱ったり、患者とやりとりしたりする場合には、これが非常に重要です。

刺激が特定の安全閾値を超えたときに、新たな情報が発生します。その場合、システムは経路を変更します。CPUを経由する代わりに、 より高い電圧パルスがモーターに直接送られる ロボットが即座に反射動作を開始できるようにすることで、例えば危険な圧力がかかったときに腕を引っ込めたり、強い衝撃を感知したときに脚の向きを変えたりすることができます。

実験室からヒューマノイドロボットや義肢まで

この進歩の多くはすでに 関節式の腕、手、脚を備えたヒューマノイドロボットアイデアとしては、予期せぬことが起こったときに他人や自分自身を危険にさらすことなく、衣服を畳むことから料理や楽器の演奏まで、複雑な作業を行うことができるというものです。

これまで多くのロボットは、各インタラクションの解釈をCPUに完全に依存してきました。これがボトルネックとなり、計算ミスや数ミリ秒の遅延が… 強い打撃、転倒、または不適切な握りこの新しいスキンにより、いくつかの決定がほぼ「自動」で解決され、事故や故障が減ります。

その可能性は産業用ロボットやサービスロボットだけにとどまりません。この技術は…に直接結びついています。 高度な義肢や外骨格の開発質感、圧力、損傷を正確に区別するシステムは、人工の手や足を通して触れたものを「感じる」感覚、いわゆる触覚フィードバックを向上させることができます。

プロジェクトが推進されているヨーロッパでは 工場、病院、リハビリセンターにおける協働ロボットこれらの電子スキンは、既存の安全基準を補完する可能性として注目されています。欧州規制への統合により、医療機器や支援ロボットへの導入が加速する可能性があります。

さらに、この技術は 堅牢で拡張性があり、比較的安価これは大型ヒューマノイドロボットに限った話ではありません。将来的には、家具に傷をつけていることを「察知」できるロボット掃除機から、高齢者や身体の不自由な人に対応する小型で高感度なパーソナルアシスタントまで、より身近なデバイスにも応用が広がる可能性があります。

この新しい合成皮膚がどのように構築され、維持されるか

人間の皮膚の挙動を模倣するため、研究者たちはモジュール式システムを設計しました。修復が困難な単一の大きなコーティングの代わりに、彼らは… 磁気要素を使用して取り付けられる独立したパッチある部分が切れたり、動作しなくなったりした場合でも、ロボット全体を分解することなくその部分を交換できます。

各パッチにはセンサーと回路が統合されており、 圧力、力、構造状態を継続的に監視するこれらのモジュールは、ロボットのニーズに応じて、腕、胴体、手、または脚をカバーします。このモジュール構造により、皮膚をさまざまな形状に容易に適応させることができます。常に衝撃を受ける産業用アームを覆うことと、医療機器を操作するために設計された手を覆うことは同じではありません。

定期的な自己チェックシステム（数秒ごとに送信されるよく知られた電気パルス）は、重要な予防保守ツールとして確立されています。あるエリアで信号が受信されなくなった場合、 ロボット自体がその部分が損傷していることを警告することができます。 介入が必要なくなり、メンテナンスのためのダウンタイムが短縮されます。

開発チームは現在、全体的な感度の向上に取り組んでいます。課題は、肌が… 複数の同時タッチポイントを処理する ロボットは、誰かがロボットの体に寄りかかったり、非常に狭い空間を移動しなければならないときなど、複雑なパターンを認識して圧倒されることなく動作します。

機械的な強度と修理の容易さに加えて、この革をさまざまな種類の美的コーティングと互換性を持たせ、維持できるようにすることも目的の一つです。 技術的な性能を損なうことなく、見た目を美しく、より人間らしくするこれは、機械の性能と同じくらい機械に対する社会的認識が重要となる医療や高齢者介護の現場では重要です。

セキュリティ、言語、倫理：言葉が重要な理由

ニューロモルフィック・スキンの進歩は、人間とロボットの相互作用における安全性への懸念の高まりと時を同じくしています。ソーシャルメディアには、ヒューマノイドロボットが人間の動きを模倣し、結果的に危害を加えるといった事例が報告されています。 運営者にとって痛手となるこれらの機械はまだ自らの行動の文脈や倫理を理解していないことを私たちに思い出させます。

多くの場合、市販のヒューマノイドロボットは、ほぼリアルタイムで受信した動きのデータを、単に模倣するだけで、 ジェスチャーが無害か危険かしたがって、より優れた「スキン」と追加の制御層および力の制限を組み合わせることが、研究室と実際の作業スペースの両方でリスクを軽減する鍵となります。

新しい皮膚の階層的神経設計は、まさに 衝撃、切り傷、過度の圧力に対する追加の保護層システムは素早い反射を誘発することで、ロボットが損害を与えていることに「気づかない」まま押したり叩いたりし続けるような状況を防ぐのに役立ちます。

同時に、これらの機能を説明するために「痛み」という用語を使用することは、倫理的かつコミュニケーション上の議論を引き起こしました。一部の専門家は、 人間の特性を機械に当てはめることは混乱を招く可能性があるロボットも人間のように感じたり苦しんだりするという考えを助長しますが、これは現実とは一致しません。

ほとんどの研究者は、これが 技術的な信号、スマートな警報機構これは機械をより安全で効率的にするのに役立ちますが、感情的な要素は排除されます。特にこれらのシステムが日常生活にますます浸透している現在、重要なのは、誤解を招くことなく教訓的な言葉を使うことだと彼らは同意しています。

これらの出現 ニューロモルフィック電子皮膚 これにより、ロボットは反射神経や危険からの防御という点で人間のような身体的行動に近づく。 タッチ検出、危険認識、超高速応答これらのシステムは、工場、倉庫、病院、家庭などにおける事故の減少、修理コストの削減、そして人と機械の共存環境の改善を約束します。感度、規制、倫理的言語の面ではまだ進歩が必要ですが、ロボットが独自の「痛覚」を持つという考えは、もはや未来的な概念ではなく、安全性と信頼性のための実用的なツールになりつつあります。