Американские ученые предлагают использовать принципы функционирования вибрисс у млекопитающих для создания системы тактильной чувствительности для роботов. Изучив особенности строения и функционирования чувствительных усов у грызунов и тюленей, они создали аналогичные "органы осязания" для роботики.

Джозеф Соломон с Кафедры Механической Инженерии и Митра Хартманн с Кафедры Биомедицинской Инженерии американского Северо-Западного Университета (Эванстон, Иллинойс) считают, что вибриссы крыс и тюленей, обладающие тактильной чувствительностью, могут послужить прообразом "органов осязания" для роботов.

Вибриссы - это чувствительные волоски на морде, характерные для некоторых групп млекопитающих животных, они служат для осязания. Крысы активно двигают своими усиками, ощупывая предметы вокруг и получая информацию об окружающем мире. Поэтому крысы хорошо ориентируются даже в темноте. По-другому используют вибриссы тюлени - они отслеживают добычу по изменению параметров тока воды.

Используя познания в области классической теории упругости, ученые смоделировали процессы, происходящие в крысиных вибриссах. Они представили вибриссу как конический пучок, который сгибается под действием объекта, и вывели соотношение между расстояние до объекта, до которого дотрагивается вибрисса, и степенью изменения момента в основании вибриссы.

Это теоретически полученное соотношение было очень успешно подтверждено на экспериментальной модели - ученые использовали проволочки разной длины, закрепленные на штативе через определенное расстояние и имитирующие крысиные вибриссы. Каждую такую проволочку закрепляли с помощью четырех стержней в основании, и это позволяло измерить изменение момента в двух перпендикулярных направлениях.

Эту систему опробовали на объекте, имитирующем по форме небольшую человеческую голову. Информация о форме объекта выдавалась в расстояниях до его точек и углах отклонения "проволочных вибрисс". Обработав эту информацию, удалось восстановить "изначальную форму объекта", и эта реконструируемая форма очень хорошо соответствовала реальной (напомню, это была скульптура небольшой человеческой головы).

Аналогичная экспериментальная "осязательная установка" была спроектирована и по типу гидродинамически-чувствительных вибрисс тюленей. Только вместо четырех нержавеющих проволочек использовали тонкие и гибкие пластиковые полосочки, так как они имеют большую площадь и более чутко реагируют на параметры потока жидкости или воздуха. Если направить поток воздуха с определенной скоростью на такую систему, то такая система позволяла определять форму воздушного потока.

Разработанные американскими учеными биоимитационные системы могут быть использованы в роботике для создания "органов осязания" для роботов.

Источник информации:
J.H. Solomon, M.J. Hartmann. Robotic whiskers used to sense features. Nature. 2006. Vol 443. p 525.

Пересказал А. Ермаков