ニットの「セーター」はロボットにとって皮膚のような役割を果たす

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新しい機械編みセーターの「スキン」は、ロボットが接触や圧力を感知するのに役立つ可能性がある。

カーネギーメロン大学コンピューターサイエンス学部のロボット工学助教授、チャンリウ・リウ氏は、「これを利用して、人間と対話する際にロボットをより賢くすることができる」と話す。

編み物職人があらゆる種類の糸を使って、あらゆるサイズや形状の靴下、帽子、セーターを作ることができるのと同じように、ロボットセーターのニット生地も、凹凸のある 3 次元表面にフィットするようにカスタマイズできます。

「編み機は、糸を平らでなく、湾曲していたり​​、ゴツゴツした形状にパターン化することができます」と、近年繊維製造に焦点を当てて研究を行っているコンピューターサイエンス学部の助教授、ジェームス・マッキャンは言う。 「そのため、湾曲したロボットやゴツゴツしたロボットに適合するセンサーを作成できるかもしれないと考えました。」

編んだ布地は、特に安全性が最優先される産業環境において、人間が布地に触れたときにロボットが「感じる」のに役立ちます。 産業における人間とロボットの相互作用を検出するための現在のソリューションは、シールドのように見え、非常に硬い素材が使用されているが、一部の部分を変形させる必要があるため、ロボットの全身を覆うことはできないとリュー氏は指摘する。

「RobotSweater を使用すると、ロボットの全身を覆うことができるため、起こり得るあらゆる衝突を検出できます」と、ロボット工学の産業応用に焦点を当てて研究を行っている Liu 氏は述べています。

RobotSweater のニット生地は、電気を通す金属繊維で作られた 2 層の導電性糸で構成されています。 2枚の間には網状のレース模様のレイヤーが挟まれています。 布地に圧力がかかると、たとえば誰かが布地に触れるなどすると、導電性糸が回路を閉じ、センサーによって読み取られます。

「力が行と列を押し合わせて接続を閉じます」とコンピューターサイエンス学部助教授でロボタッチ研究室所長のウェンジェン・ユアン氏は言う。 「導電性ストライプに力がかかると、層は穴を通して互いに接触します。」

数百とは言わないまでも数十のサンプルとテストを含むニット層の設計方法とは別に、チームは配線と電子部品を柔らかい繊維に接続するという別の課題に直面しました。

「物理的なプロトタイプの作成と調整には、多くの面倒な作業がありました」とマッキャン氏は言います。 「これに取り組んでいた学生たちは、有望に見えるものから実際に機能するものへとなんとか移行することができました。」

うまくいったのは、ニット生地の各ストライプの端に取り付けられたスナップの周りにワイヤーを巻き付けることでした。 スナップは費用対効果が高く効率的なソリューションであり、e-テキスタイルとして知られる電子要素を使用したテキスタイルを作成する愛好家でもスナップを使用できるとマッキャン氏は言う。

「これらのものを結び付けるには、伸びに対処できるが糸を破壊しないような強力な方法が必要です」と彼は言い、チームはフレキシブル回路基板の使用についても議論したと付け加えた。

RobotSweater をロボットの体に取り付けると、接触の分布、形状、力を感知できます。 また、現在ほとんどのロボットが利用している視覚センサーよりも正確で効果的です。

「ロボットは人間が押すように動くか、人間の社会的ジェスチャーに反応することができます」とユアン氏は言う。

研究チームは、RobotSweaterに装備されたコンパニオンロボットを押すと、どの方向に移動するか、どの方向に頭を向けるべきかを指示することを実証した。 RobotSweater をロボット アームに使用すると、人の手で押すことでアームの動きをガイドし、アームを掴むとグリッパーを開いたり閉じたりすることができます。

今後の研究では、チームはタッチスクリーンで使用されるスワイプまたはピンチ動作からの反応をプログラムする方法を検討したいと考えています。

研究者らは、現在プレプリント中のRobotSweaterの研究論文を、2023年のIEEE国際ロボット工学とオートメーション会議（ICRA）で発表する予定だ。 さらに、カリフォルニア大学サンタバーバラ校、カーネギーメロン大学からも共著者が名を連ねています。

出典: カーネギーメロン大学

オリジナルの研究