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ウォッチ：補綴ロボットの手は、それが何を感動させているかを「知っている」

これを共有します 記事 この記事は、Attribution 4.0 International Licenseで自由に共有できます。 エンジニアは、豪華なおもちゃ、水のボトル、および人間のような他の日常のオブジェクトを握ることができる先駆的な義手を開発しました。 手は慎重に適合し、その把握を調整して、それが保持しているものを損傷したり、誤ったりしないようにします。 システムのハイブリッドデザインは、ロボットハンドの最初のものであり、通常は硬すぎたり柔らかすぎたりしています。 人間のタッチを再現します さまざまなテクスチャと素材のオブジェクトを処理する場合。 このイノベーションは、手を喪失している人々に有望なソリューションを提供し、ロボットアームが環境とどのように相互作用するかを改善することができます。 デバイスの詳細がに表示されます 科学の進歩。 「最初からの目標は、人間の手の身体に基づいてモデル化する義足を作成することでした。 センシング機能- 機能し、失われた手足のように機能し、感じるより自然な補綴物です」と、仕事を率いた生物医学工学のジョンズ・ホプキンス大学の博士課程の学生であるスリラマナ・サンカールは言います。 「私たちは人々に与えたいです 上肢損失 彼らの環境と安全かつ自由に交流する能力、彼らを傷つけることを心配することなく、愛する人を感じ、抱きしめる能力。」 2018年に人間のような痛みの感覚を持つ世界初の電子「スキン」を作成した同じニューロエンジニアリングおよび生物医学機器のラボによって開発されたデバイスは、ゴム状のポリマーと剛性のある3Dプリントされた内部スケルトンを備えたマルチフィンガーシステムを特徴としています。人間の皮膚の層に触発された3つの触覚センサーは、単にタッチを検出するのではなく、さまざまな形状や表面テクスチャのオブジェクトを把握して区別できるようにします。その柔らかい空気で満たされた指の関節は、前腕の筋肉で制御でき、機械学習アルゴリズムは人工タッチ受容体からの信号に焦点を合わせて、現実的なタッチ感覚を生み出します。 「指からの感覚情報は、電気神経刺激を通じて自然主義的な感覚フィードバックを提供するために、神経の言語に翻訳されています」とSankar氏は言います。 ラボでは、手が繊細なぬいぐるみ、皿スポンジ、段ボール箱、パイナップル、金属製の水筒、その他の頑丈なアイテムなど、15の日常のオブジェクトを識別および操作しました。実験では、デバイスは代替品と比較して最高のパフォーマンスを達成し、99.69％の精度でオブジェクトを正常に処理し、必要に応じて災難を防ぐためにグリップを調整しました。最良の例は、水で満たされた薄くて壊れやすいプラスチックカップを片付けたとき、それを凹ませることなく3本の指だけを使用したときでした。 「私たちは、剛性と両方の強さを組み合わせています ソフトロボット工学 人間の手を模倣するために」とサンカーは言います。 「人間の手は完全に剛性でも純粋に柔らかいものでもありません。骨、柔らかい関節、組織が一緒に動作するハイブリッドシステムです。それが私たちの義手の手を達成したいことです。これは、ロボット工学と補綴物の新しい領域であり、これまでこのハイブリッドテクノロジーを完全には受け入れていません。それはしっかりと握手を与えたり、それを押しつぶすことを恐れずに柔らかいオブジェクトを拾うことができることです。」 切断者を把握しながらオブジェクトを感じる能力を取り戻すために、補綴物は3つの重要なコンポーネントを必要とします：環境を検出するセンサー、そのデータを神経のようなシグナルに変換するシステム、およびその人が感覚を感じることができるように神経を刺激する方法は、ジョンズ・ホプキンスの生物学工学教授のニチッシュ・タコールは言います。 バイオインスピレーションテクノロジーにより、ほとんどの手の補綴物のように、前腕からの筋肉信号を使用して、手がこのように機能することができます。これらのシグナルは脳と神経を橋渡しし、その感覚に基づいて手を曲げたり、放出したり、反応させたりします。その結果、神経系と同じように、それが触れているものを直感的に「知っている」ロボットの手があります、とタコールは言います。 「あなたが一杯のコーヒーを持っているなら、あなたはそれを落とそうとしていることをどうやって知っていますか？手のひらと指先は、カップが滑っているという信号を脳に送信します」とタコールは言います。 「私たちのシステムは、神経質にインスピレーションを受けています。手のタッチ受容体をモデル化して、補綴物の「脳」またはそのコンピューターが、何かが熱いか冷たいか、柔らかいか硬いか、グリップから滑っているかを理解しているので、補綴の「脳」を理解しています。」 この研究は、補綴物とロボット工学の両方を変えることができるハイブリッドロボットテクノロジーの初期のブレークスルーですが、システムを改良するためにより多くの作業が必要です、とThakor氏は言います。将来の改善には、より強力なグリップ力、追加のセンサー、産業用グレードの材料が含まれる場合があります。 「このハイブリッドの器用さは、次世代の補綴に不可欠ではありません」とタコールは言います。 「それは、彼らが大きくて重いオブジェクトを扱うだけではないので、未来のロボットの手が必要とするものです。ガラス、布、柔らかいおもちゃなどの繊細な素材を使用する必要があります。だからこそ、人間の手のように設計されたハイブリッドロボットは非常に貴重です。肌、組織、骨のように、柔らかく硬い構造を組み合わせています。」 その他の著者は、フロリダアトランティック大学、ジョンズホプキンス、イリノイ大学シカゴ出身です。 研究のための資金は、矯正および補綴成果研究プログラムと国立科学財団を通じて、国防総省からもたらされました。 ソース： ジョンズ・ホプキンス大学…