Cảm biến bằng chất lỏng

Bàn tay con người là một sự kỳ diệu của tự nhiên. Kết hợp cảm biến vị trí với môi trường, tay người có thể phát hiện ra áp suất, nhiệt độ và tư thế đồ vật, trong số những thông tin cảm giác thu nhận được khác.

Hơn thế nữa, bộ não con người có thể suy luận từ những thông tin cảm nhận đầu vào này để giải quyết các nhiệm vụ cao cấp hơn như xác định các vật thể nắm bắt từ một lần thu nhận thông tin cảm giác duy nhất.

Các kỹ sư công nghệ robotic, Trí tuệ nhân tạo và Máy học từ lâu đã cố gắng phát triển da và găng tay nhân tạo, có thể tiếp cận đối tượng với độ chính xác và tính linh hoạt bàn tay con người để đưa vào ứng dụng cho những hoạt động trong thực tế ảo, robot và rất nhiều lĩnh vực khác.

Những găng tay hiện đại cho đến nay vẫn thiếu khả năng đa cảm nhận hỗn hợp phong phú và đầy đủ thông tin để suy đoán bậc cao như bàn tay và não người.

Mới đây, các nhà nghiên cứu từ Viện công nghệ Massachusetts (MIT) công bố chi tiết công trình phát triển loại găng tay thông minh mới, giá rẻ, sử dụng nguyên liệu dạng sợi và rất dễ chế tạo.

Chiếc găng tay, được đặt tên là “Mens et Manus Glove” (Trí tuệ và bàn tay) hoặc MemGlove, có cảm biến điện trở và cảm biến áp suất bằng chất lỏng cho các ứng dụng cảm nhận đối tượng vật thể phong phú hơn.

Hai phương thức cảm nhận này không tách rời nhau, không can thiệp lẫn nhau và đo lường các loại tác động hoàn toàn độc lập. Trong công trình nghiên cứu được thực hiện, người dùng sử dụng găng tay thực hiện các nhiệm vụ như viết một số chữ cái hoặc nắm giữ một số đối tượng đồ vật nhất định.

Dữ liệu được ghi lại từ mỗi đầu vào cảm giác trong khi hoàn thành các nhiệm vụ đặt ra, sau đó dữ liệu thu thập được sẽ sử dụng đào tạo sâu các mô hình Máy học.

Những mô hình Máy học này cho phép găng tay thông minh suy luận về những nhiệm vụ đã thực hiện, trả lời những câu hỏi gồm: “Đối tượng nào đang nắm bắt? Những từ nào đang được viết? Hay, góc nắm bắt của tất cả các khớp bàn tay là bao nhiêu?" với độ chính xác cao.

Cấu trúc từ sợi dệt

Một trong những thế mạnh chính của thiết kế MemGlove, là hoàn toàn dựa trên các bộ phận có sẵn và cấu trúc từ sợi dệt đơn giản, có thể sản xuất trên dây chuyền máy móc với quy mô lớn.

Để chế tạo găng tay, các nhà nghiên cứu đã bắt đầu với một chiếc găng tay sợi đan dẫn điện, loại được sử dụng để tương tác với màn hình điện thoại thông minh bằng cảm ứng điện dung. Các nhà khoa học khâu các điện cực tại những điểm lựa chọn rất chi tiết và tính toán cẩn thận.

Bằng cách đo điện trở kháng thực tế giữa tất cả các cặp điện cực, mô hình máy học có thể suy ra bản đồ chi tiết về điện thế trên găng tay, từ đó xác định được tư thế của bàn tay.

Các nhà khoa học cũng khâu các ống dẫn vào găng tay, kết nối những ống này với cảm biến áp suất, từ đó đo áp suất cảm ứng khi tương tác với môi trường và do đó đo được lực tác động lên vật thể đối tượng.

Kết hợp lại, chiếc găng tay có thể thực hiện một loạt các bài toán đo đạc, từ áp lực và cảm biến lực cho đến sự thay đổi cấu trúc hình thể của toàn bộ bàn tay.

Bộ cảm biến trên găng tay thậm chí còn cho phép đưa ra một số đánh giá ấn tượng về môi trường, như độ dẫn điện vật thể, nhiệt độ vật thể đang cầm nắm với độ chính xác hơn 1 độ C và nhịp tim của người đeo găng tay.

Các nhà nghiên cứu cho rằng, găng tay có thể được ứng dụng rộng rãi vào nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt trong các lĩnh vực công nghệ thực tế - ảo.

Ví dụ, găng tay có thể được sử dụng như một thiết bị thu thập thông tin đầu vào tương tác phong phú hơn trong môi trường như thực tế ảo và hỗn hợp thực tế ảo và thật hoặc như một công cụ thu thập dữ liệu để phân tích sức khỏe người dùng, theo dõi cường độ, nhịp tim. Găng tay cũng có thể được sử dụng như một thiết bị theo dõi hoạt động của công nhân, đảm bảo chất lượng trong sản xuất.

Trong tương lai, các nhà nghiên cứu hy vọng rằng cấu trúc thiết kế cảm biến tương tự có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn công nghệ chế tạo tay robot, có những cảm nhận gần gũi hơn như bàn tay con người.