Ультразвук предлагает масштабируемый путь к тактильному интеллекту для физического ИИ

UltraSense утверждает, что ультразвук может уменьшать износ в точках тактильного восприятия. Источник: UltraSense

Физический ИИ переходит из глубины мышления к первому взаимодействию. Роботы могут видеть, планировать, ориентироваться и перемещаться с совершенством. Однако манипуляция зависит от надежного прикосновения, создающего возможность воздействия ультразвука.

Вопрос больше не в том, нужны ли роботам тактильные ощущения. Для гуманоидных рук, ловких захватов, логистических роботов, сервисных роботов и промышленных систем необходимо определять контакт, определять силу, ощущать сдвиг и скольжение, а также учитывать взаимодействие материалов. Вопрос в том, какую тактильную архитектуру можно масштабировать.

Многие тактильные и электронно-кожные подходы основаны на гибких электрических слоях, размещенных на контактной поверхности или рядом с ней. К ним относятся емкостные, пьезорезистивные, пьезоэлектрические, трибоэлектрические и импедансные конструкции, встроенные в эластомеры, гибкие подложки, проводящие сети или многослойные пленки. Эти технологии продвинули эту область вперед.

Однако в роботизированных переключателях и захватах с высокой включенной электронной кожей возникает проблема масштабирования: тонкий слой часто располагается вблизи самых суровых механических условий робота.

Эта окружающая среда включает в себя постоянное сжатие, истирание, загрязнение, влажность, изменение температуры, воздействие чистки и старение материала. Даже в инкапсулированном виде пакет, связанный с поверхностью, сохраняет защитное положение по отношению к внешней оболочке. Со временем это может привести к износу, гистерезису, ползучести, расслоению, дрейфу линии линии и необходимости повторной трансформации.

Для лабораторного прототипа с вирусом можно разрешить. Для коммерческих роботизированных рук, выполняющих миллионы контактных циклов, они становятся ключевым фактором обеспечения надежности продукции. UltraSense считает, что лучший путь — это защищенный подповерхностный ультразвук.

Примечание редактора: Физический искусственный интеллект в число тем сессии RoboBusiness 2026, которая пройдет 20 и 21 октября в Санта-Кларе, Калифорния. Зарегистрируйтесь сейчас, чтобы принять участие.

Зарегистрируйтесь сейчас и помогите нам отпраздновать 20-летие РобоБизнеса! <х2>Проблема распространения электронной кожи с внешней связьюч2>

Кончик переключателя постоянно нажимает, скользит, трет и возводит стулья в мир. При захвате гуманоидной рукой или ловком он должен обеспечить податливость и трение, сохраняя при этом приспособление. Это создает компромисс для открытой или приповерхностной электронной кожи.

Если тонкий слой расположен близко к внешней поверхности, это может быть вызвано механическим износом. Если слой добавлен для защиты, пространственное разрешение и чувствительность могут ухудшиться. Если эластомер стареет, сигнал может дрейфовать. Если стопка подвергается повторяющемуся сдвигу, могут возникнуть проблемы с адгезией и межслойной стабильностью.

Проблема не в явном износе; это целостность сигнала на весь срок службы. Тактильная система должна оставаться точной, воспроизводимой и калиброванной по форме времени. Датчик робототехники, сработавший в первый день, должен по-прежнему предоставлять полезные контактные данные спустя месяцы или годы.

Недавние достижения в области тонкопленочного измерения показывают, что силы возникают за рамками простых одноэффектных датчиков. Резисторы, более тонкие в силе, могут смещаться в сторону меньших изменений проводящих цепей при многократном растяжении, тогда как на емкостных датчиках могут создаваться паразитные факторы, окружающая среда и механические ограничения.

Новые подходы, основанные на импедансе, фиксируют более широкую реакцию с помощью измерения комбинированного резистивного и эмкостного поведения. Это важный важный момент: для надежного роботизированного прикосновения требуется более обширная информация, чем для двойного контакта или силы одного значения.

Однако эти подходы по-прежнему находятся в принципах функционального чувствительного уровня на пути физической нагрузки. Для роботизированных рук и захватов этот слой частично остается из-за износа, сжатия, сдвига и загрязнения.

Внешняя поверхность должна быть защищена от точек зрения трения, податливости, герметизации, устойчивости к истиранию и устойчивости, при этом тонкий элемент остается защищенным. В этом отличие от ультразвука.

Механический износ является проблемой для многих тактильных датчиков. Источник: UltraSense

<ч2>Ультразвук движется ниже зоны поврежденияч2>

Ультразвук создает еще одну тактильную архитектуру. Вместо того, чтобы опираться на поверхностную электрическую деформацию, ультразвуковой датчик может обнаружить стопку материала. Акустические волны воздействуют через структуру, отражаются от внутренних границ и изменяются в ответ на контактную деформацию.

Когда объект прижимается к податливой поверхности, геометрия стопки меняется. Длинный акустический путь меняется. Изменение времени эхо. Амплитуда и частота отражения могут меняться.

При смене технологий смещение и граничные условия могут смещаться вбок. По этим акустическим изменениям можно сделать вывод о том, что происходит на контактном интерфейсе.

Ультразвук расширяет возможности многопараметрического зондирования в акустической области. Вместо измерения только локальных электрических изменений внутри деформируемой пленки ультразвук производит более широкий акустический отклик стопки материала.

Время пролета (ToF), расширение отражения, затухание, частотная характеристика, фаза и несоответствие акустического импеданса предоставляют информацию о контакте, деформации, распределении сил, повороте и изменении материалов. Это делает ультразвук многопараметрической, а не одноэффектной архитектурной датчикой.

Это позволяет проводить измерения под внешней оболочкой, вдали от прямого истирания и внешнего износа. Разработчик робота может выбрать внешний материал — эластомер, полимер, стекло, металл, кожух, ткань или другую инженерную поверхность — в то время, как ультразвук считывает контакт через стопку.

Платформа UltraSense следует этому принципу: пусть внешняя поверхность управляется механикой, а ультразвук обеспечивает тактильный интеллект под поверхностью.

Ультразвук может помочь избежать повреждения эмкостной кожи. Источник: UltraSense

. <х2>Улучшенная производительность: прикосновение, сила, сдвиг, скольжение и обнаружение материалач2>

Роботизированное сенсорное управление не является двойственным. Полезная тактильная система должна предоставлять несколько информационных слоев.

Во-первых, он должен найти прикосновение и найти контакт. Ультразвук может определить контакт, наблюдая за тем, как меняется звуковой сигнал при механическом воздействии на поверхность.

Во-вторых, он должен обеспечить соблюдение силы. Одного значения недостаточная сила. Роботу необходимо знать, находится ли сила в центре или вне оси, находится ли пятый контакт с внешним или внешним, а также сохраняется ли нагрузка. Ультразвук может указывать на деформацию посредством ToF и изменения эха, что позволяет правительству карты локальных сил.

UltraSense продемонстрировала тактильное распознавание ультразвука с пространственным изменением 500 мкм через слой эластомера. При таком разрешении система может поддерживать структурную структуру, включая гребни и долины в профиле контакта. Наша компания также продемонстрировала силу профилирования локальной сжатия с шириной около 1,25 мН.

В-третьих, система должна учитывать перемены и скольжение. Для многих сложных задач переход имеет большее значение, чем обычная сила. Робот может надавить достаточно сильно, чтобы удержать объект, но если начнется тангенциальное скольжение, захват может разрушиться до того, как направленное движение. люди постоянно используют сигналы сдвига и микроскольжения; роботам нужна подобная обратная связь.

Подход ультразвукового исследования UltraSense Позволяет отслеживать боковые смещения внутри стопки материала и делать выводы о поведении, связанном с сдвигом. В ходе демонстраций наша технология показала определение поперечной силы с уровнем шума примерно 5 мН.

В-четвертых, ультразвук может обеспечить классификацию материалов/контактов по акустическому импедансу. Каждый материал имеет различное акустическое сопротивление в зависимости от плотности и скорости звука. Когда ультразвук достигает контактной поверхности, отражающая и защитная энергия изменяется в зависимости от того, является ли объект металлом, стеклом, пластиком, резиной, тканью, кожей, пеной или внешним воздействием.

Анализируя амплитуду отражения, эхо-сигнала, затухания, частотную характеристику и изменения во временной области, система может сделать вывод как о тактильном отклике, так и об акустической поверхности природы, к которой прикасаются.

Источник: UltraSense

<ч2>Ультразвук обеспечивает экономичное масштабирование за счет повторного использования платформыч2>

В масштабе тактильного восприятия не может оставаться индивидуальным исследовательским комплексом. Она должна стать технологической платформой с повторяемой электроникой, калибровкой, прошивкой, упаковкой и интеграцией.

UltraSense представляет собой основу, построенную на основе автомобильного взаимодействия человека и машины (HMI) и опыта работы с устройствами искусственного интеллекта. Автомобильные приложения требуют надежности, температурных характеристик, устойчивости к вибрации, влагостойкости, технологичности и повторяемости. Устроения искусственного интеллекта требуют небольших форм-факторов, малого энергопотребления, материалов премиум-класса, герметичных конструкций и обеспечения понятного взаимодействия.

Компания предоставила более 4 миллионов долларов для автомобильной промышленности, предоставив опыт производства ультразвуковых датчиков, микросхем смешанных сигналов, встроенного программного обеспечения, устройств, тестирования и обеспечения. Те же принципы платформы теперь воздействуют на тактильный интеллект для физической ИИ.

В HMI UltraSense Позволяет касаться внешних поверхностей изделия, включая металлические. Традиционное емкостное сенсорное управление несовместимо с твердотельными металлическими интерфейсами, где на экране создаются или искажаются электрические поля. Ультразвук меняет модель взаимодействия, воспринимающую акустическое излучение, а не модуляцию внешнего поля.

То же самое больше всего относится и к робототехнике. Кончик вращающегося пальца может включать эластомерную поверхность для обеспечения податливости и трения. Для промышленного захвата может использоваться необычный полимер. Медицинским или сервисным роботом можно очищать поверхность. В устройствах искусственного интеллекта могут использоваться металл, стекло, кожа или ткань для промышленного дизайна премиум-класса. Тактильная платформа должна адаптироваться к этим поверхностям, а не для того, чтобы дизайнеры использовали один хрупкий хрупкий материал.

По мере того, как тактильное зондирование переходит в коммерческое применение, интеллектуальная собственность приобретает важное значение. UltraSense создала обширный портфель выданных и ожидаемых патентов на прикосновение к основе ультразвука, считывание силы, тактильное распознавание ToF, калибровку и связанные с ними системные структуры, включая тактильное распознавание под защитным слоем, ультразвуковые сенсорные системы, интегральные схемы измерения силы, а также методы определения и испытания.

<ч2>Ультразвук может открыть следующий уровень физического ИИч2>

Следующее поколение физической ИИ требует чего-то большего, чем просто лучшее зрение и движение. Ему потребуется надежная контактная информация.

Роботы должны обнаружить силы, определить контакт и адаптироваться в кратчайшие сроки. Они должны сделать это с помощью дополнительных материалов, в собственных условиях окружающей среды, в течение длительного срока службы и с технологической себестоимостью.

Платформа UltraSense создана для решения этой задачи. Сочетая защищенное подповерхностное зондирование, картографирование сил с высокими уровнями, определение фаз и скольжений, обнаружение эффектов на основе акустического импеданса, специальные ASIC, обработка крома и солнечного портфеля IP, UltraSense позиционирует ультразвук как основополагающую платформу тактильного интеллекта для экономического искусственного интеллекта.

UltraTouch может активировать физический искусственный интеллект, как утверждает UltraSense. Источник: UltraSense

Об авторах

Мо Магсудния — генеральный директор компании UltraSense Systems, а Хао-Йен Тан, доктор философии, — главный технический директор компании из Сан-Хосе, Калифорния. Компания UltraSense, основанная в 2018 году, заявила, что создает пользовательский интерфейс, который дифференцирует продукты и позволяет использовать новые приложения с использованием запатентованной технологии 3D-ультразвука.

Пост «Ультразвук предлагает масштабируемый путь к тактильному интеллекту для физического ИИ» впервые появился в The Robot Report.

Источник