Nowoczesne technologie inspirują się naturą, aby stworzyć innowacyjne rozwiązania, które pozwalają maszynom lepiej rozumieć i interpretować otoczenie. Jednym z najnowszych przełomów jest skóra bioniczna oparta na technologii wielofotonowej, która umożliwia niezwykle precyzyjną wizualizację haptyczną. Naukowcy z Narodowego Uniwersytetu Technologii Obronnych opracowali optyczną skórę mikrostrukturalną (OMAS), która naśladuje zdolności percepcyjne ludzkiej skóry, otwierając tym samym nowe możliwości w zakresie interakcji człowiek-maszyna oraz inteligentnych systemów dotykowych.
Ludzka skóra dłoni to niezwykle skomplikowany narząd sensoryczny, wyposażony w ponad 20 tysięcy pęcherzyków dotykowych, które reagują na różne bodźce, takie jak ciśnienie, kształt czy faktura. Te informacje są następnie przetwarzane przez układ nerwowy i interpretowane w mózgu, co umożliwia dokładne rozpoznawanie struktur i materiałów. Naukowcy, czerpiąc inspirację z tych naturalnych mechanizmów, opracowali czujniki dotykowe, które mogą imitować te funkcje w urządzeniach elektronicznych. Dotychczasowe rozwiązania opierały się na zasadach elektrycznych, takich jak oporność, piezoelektryczność czy elektryczność tryboelektryczna. Choć były skuteczne w zbieraniu danych sensorycznych, miały jednak liczne ograniczenia, w tym niską odporność na zakłócenia elektromagnetyczne, ryzyko przecieków oraz stosunkowo wolną reakcję na zmieniające się bodźce.
Nowatorska technologia OMAS wychodzi naprzeciw tym wyzwaniom, wykorzystując optykę jako nośnik informacji sensorycznej. Mikrostrukturalna skóra optyczna została zaprojektowana w taki sposób, by skutecznie imitować wielofunkcyjne receptory dotykowe znajdujące się w ludzkiej skórze. Dzięki zastosowaniu czterokierunkowej mikro- i nanostruktury OMAS odtwarza mechanizmy odbioru bodźców charakterystyczne dla opuszków ludzkich palców. Co więcej, naukowcy zintegrowali tę technologię z zaawansowanymi algorytmami uczenia maszynowego, takimi jak w pełni połączone sieci neuronowe (FCNN), co umożliwia skórze bionicznej rozpoznawanie kształtów, stopnia twardości oraz faktury powierzchni przedmiotów.
Eksperymenty przeprowadzone przez badaczy jednoznacznie potwierdzają skuteczność OMAS w analizie różnych bodźców dotykowych. System potrafił z niezwykłą dokładnością identyfikować twardość i kształt badanych obiektów, osiągając 100% skuteczności podczas analizy sześciu powszechnie spotykanych przedmiotów. Dodatkowo, poprzez analizę dynamiki nacisku, technologia ta mogła precyzyjnie rozpoznawać materiały i tekstury – skuteczność identyfikacji dziesięciu różnych rodzajów tkanin wyniosła aż 98,5%, natomiast rozpoznawanie międzynarodowego alfabetu Braille’a (cyfry 0-9) było niemal perfekcyjne, osiągając dokładność 99%. Co więcej, w ramach eksperymentalnej demonstracji system OMAS został zintegrowany z robotyczną ręką i z powodzeniem rozpoznawał kształty i wzory na kostkach do gry w madżonga, co świadczy o ogromnym potencjale tej technologii w nawigacji robotów i identyfikacji złożonych powierzchni.
Możliwości zastosowania tej innowacji są ogromne. Bioniczna skóra dotykowa nie tylko usprawnia pracę robotów przemysłowych, ale może także znaleźć zastosowanie w inteligentnych urządzeniach ubieralnych oraz w systemach rzeczywistości wirtualnej i rozszerzonej. W przyszłości zespół badawczy planuje rozszerzyć funkcjonalność OMAS na bardziej wymagające środowiska, takie jak warunki podwodne czy przestrzeń kosmiczna. Możliwość zaawansowanej analizy dotykowej w trudnych warunkach otworzy drogę do nowych odkryć w dziedzinie interakcji człowieka z maszyną, badania mórz i oceanów, a nawet eksploracji innych planet.
Opracowana przez naukowców technologia to przełomowy krok w dziedzinie sensorów haptycznych, który otwiera drzwi do zaawansowanych systemów percepcji dotykowej. Dzięki niej roboty i inne inteligentne technologie mogą analizować otoczenie w sposób coraz bardziej zbliżony do ludzkiego, co stanowi milowy krok w drodze do pełniejszej integracji między światem maszyn a ludzkim doświadczeniem sensorycznym.
