Trong bài báo được công bố trên tạp chí Science Robotics vào ngày 21/11/2018, kỹ sư hóa học Zhenan Bao cùng nhóm nghiên cứu đã chứng minh được rằng các cảm biến hoạt động tốt đủ để cho phép bàn tay robot chạm vào một quả mọng và cầm quả bóng bàn mà không làm bẹp chúng.

"Công nghệ này một ngày nào đó sẽ mang lại cho robot khả năng cảm biến như da người", bà Bao nói. Theo bà Bao, cảm biến trong các đầu ngón tay của găng tay đo đồng thời cả cường độ lẫn hướng của áp lực, hai đặc trưng cần có để tạo nên sự khéo léo của bàn tay. Các nhà nghiên cứu vẫn cần hoàn thiện công nghệ để điều khiển tự động các cảm biến này. Khi các cảm biến hoạt động, robot đeo găng tay có thể khéo léo giữ một quả trứng giữa ngón cái và ngón trỏ mà không làm vỡ trứng hoặc để rơi.

Thiết bị điện tử mô phỏng cuộc sống

Găng tay điện tử mô phỏng cách các lớp da người phối hợp hoạt động để mang lại cho tay của chúng ta sự nhạy cảm đặc biệt. Lớp da bên ngoài của găng tay điện tử được gắn các cảm biến để phát hiện áp lực, nhiệt và các kích thích khác. Đặc biệt, ngón tay và lòng bàn tay chứa nhiều cảm biến xúc giác. Những cảm biến này hoạt động cùng với lớp da phụ được gọi là lớp gai (spinosum), một khu vực vi mô gồ ghề do có các điểm lồi và lõm.

Sự gồ ghề đó rất quan trọng. Khi ngón tay của chúng ta chạm vào một vật, lớp ngoài cùng của da di chuyển gần hơn đến lớp gai. Cảm ứng ánh sáng được cảm nhận chủ yếu bởi các cảm biến gắn trên đỉnh của vị trí lồi. Áp lực mạnh hơn đẩy lớp da những vị trí lõm của lớp gai, tạo cảm giác xúc giác mạnh hơn.

Nhưng đo cường độ áp suất chỉ là một phần của những gì mà lớp gai có thể làm. Lớp da phụ gồ ghề này cũng giúp tiết lộ hướng của áp lực hoặc lực cắt. Ví dụ, một ngón tay ấn về phía Bắc, sẽ phát ra những tín hiệu mạnh trên mặt phía Nam của những vị trí lồi vi mô này. Khả năng cảm nhận lực cắt này là một phần của những yếu tố giúp chúng ta giữ nhẹ nhưng chắc một quả trứng giữa ngón cái và ngón trỏ.

Nhóm nghiên cứu đã chế tạo cảm biến điện tử mô phỏng cơ chế này ở người. Mỗi cảm biến trên đầu ngón tay của găng tay robot được làm từ ba lớp linh hoạt phối hợp hoạt động. Các lớp trên và dưới cùng hoạt động bằng điện. Các nhà nghiên cứu đã đặt một mạng lưới các đường dây điện trên mỗi bề mặt, giống như các hàng trong một trường và biến đổi sao cho những hàng này vuông góc với nhau để tạo thành một mảng dày đặc các điểm cảm biến nhỏ. Họ cũng tạo nên lớp dưới cùng gồ ghề như lớp gai.

Chất cách điện cao su ở giữa chỉ đơn giản là ngăn cách lớp điện cực ở trên cùng với lớp dưới cùng. Nhưng sự ngăn cách đó rất quan trọng, bởi các điện cực ở gần nhau mà không tiếp xúc có thể lưu trữ điện năng. Khi ngón tay robot ép xuống, nén các điện cực ở phía trên xuống gần đáy, năng lượng tích trữ đã tăng lên. Những điểm lồi và lõm của lớp dưới tạo nên một phương thức để lập bản đồ cường độ và hướng của áp lực đến các điểm cụ thể trên các lưới vuông góc, giống như da người.

Để kiểm tra công nghệ mới, các nhà khoa học đã đặt các cảm biến ba lớp trên các ngón của găng tay cao su và đeo găng cho bàn tay robot. Mục đích cuối cùng là để gắn cảm biến trực tiếp vào một lớp vỏ giống da cho bàn tay robot. Trong một thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã lập trình bàn tay robot đeo găng tay để nhẹ nhàng chạm vào một quả mọng mà không làm hỏng nó. Các nhà nghiên cứu cũng đã lập trình để bàn tay đeo găng nâng và di chuyển quả bóng bàn mà không bóp nát nó, bằng cách sử dụng cảm biến để phát hiện lực cắt phù hợp để nắm lấy bóng mà không bóng rơi.

Bà Bao cho rằng nhờ có kỹ thuật lập trình phù hợp, bàn tay robot đeo găng cảm biến hiện nay có thể thực hiện nhiệm vụ lặp lại như nhấc trứng ra khỏi băng chuyền và đặt vào thùng các-tông. Công nghệ này còn có nhiều ứng dụng trong phẫu thuật với sự hỗ trợ của robot, nơi cần có sự điều khiển chính xác bằng cảm ứng. Nhưng mục tiêu cuối cùng mà nhóm nghiên cứu đặt ra, là phát triển một phiên bản găng tay cải tiến tự động điều chỉnh lực phù hợp để cầm đồ vật theo cách an toàn mà không cần lập trình trước