セーター

カーネギーメロン大学の研究者が接触と圧力を測定する布地と感知システムを開発

カーネギーメロン大学

画像: ロボティクス研究所の研究チームによって開発され、ロボット アームに取り付けられたロボットセーターは、接触と圧力を感知できる機械編みの繊維「スキン」です。もっと見る

クレジット: カーネギーメロン大学

ニットセーターを快適で着やすいものにする性質は、ロボットが人間とよりよく対話できるようにするものと同じです。

カーネギーメロン大学ロボット研究所の研究チームが開発したロボットセーターは、接触や圧力を感知できる機械編みの繊維「スキン」だ。

「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ます」とコンピューターサイエンス学部ロボット工学助教授のチャンリウ・リウ氏は語った。

編み物職人があらゆる種類の糸を使用して、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 SCS 助教授のジェームス・マッキャン氏は述べています。 「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SCS助教授でロボタッチ研究室所長のウェンジェン・ユアン氏は語った。 「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ピングと調整には多くの面倒な作業が必要でした」とマッキャン氏は語った。 「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述べた。

「これらのものを結び付けるには、伸びに対処できながらも糸を破壊しないような強力な方法が必要です」と同氏は述べ、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る」とユアン氏は語った。

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ました。 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。

チーム — SCS Ph.D. を含むカリフォルニア大学サンタバーバラ校の学生、Zilin Si氏とTianhong Catherine Yu氏、および客員学部生のKatrene Morozov氏は、来週開催される2023 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA)でRobotSweaterの研究論文を発表する予定だ。

ある日の昼食時の 3 人の教員による会話から始まり、研究者チーム間の協力と専門性が RobotSweater の実現に役立った、とマッキャン氏は語った。

「製造について考えている人、ロボット工学の統合について考えている人、センシングについて考えている人、そして計画と制御について考えている人がいました」と彼は言いました。 「それぞれの懸念事項に対応するためのスタッフが揃っているこのプロジェクトを開催できるのは本当に素晴らしいことです。」

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