中国の研究者たちは、接触することなく「触覚」認識を行う新しいタイプの機械センサーを開発しました。そのインスピレーションは電気ウナギに由来しています。この新しいセンサーは電気ウナギに似ており、微弱な電場を利用して、近くに物体があると変形を生じさせることで、非接触の検出と潜在的な識別を実現します。これは近接センサーと粗い人工触覚センサーの組み合わせと見なすことができます。西安電子科技大学の張偉強教授はインタビューで、「私たちは機械が物理的接触の前に近づいてくる対象を感知し、その材料や表面状態を区別できることを望んでいます」と述べました。
これは電気ウナギが獲物を捕らえたり、ナビゲートしたりする方法と非常に似ています。
自然界において、電気ウナギは水中で電場を生成します。魚類や岩石、植物などの物体がその電場に入ると、これらの物体は電流の分布を変化させます。異なる材料が電場に対して異なる反応を示すため、電気ウナギはこれらの変化を利用して物体を位置特定し、部分的に識別することができます。この研究チームによると、彼らのセンサーはこの原理を明らかに模倣していますが、電気ウナギの電器官を使用するのではなく、帯電したフルオロポリマーの表面を採用しています。この表面は小型の静電池のように、長時間電荷を保持することができます。その後、この持続的な電荷を使用してセンサーの周囲に電場を生成します。
新型センサーのロボティクスにおける潜在的な応用
センサーが「静止」状態（つまり近くに物体がない状態）にあるとき、電場は特定の予測可能な形状を形成し、この形状は監視可能です。物体が近づくと、電場の形状が変形し、この変化は測定可能です。張教授は、「物体が近づくと、センサーは電場の変化を感知し、これらの変化に基づいて物体の電導率、誘電特性、幾何形状を推測します」と指摘しました。物体の種類、サイズ、その他の特性は特定の方法で電場を歪め、理論的にはその性質を判断するために使用できます。例えば、金属は高い電導率を持つため、電場の特性を著しく変化させます。
プラスチック、ガラス、木材の電導率は比較的低いですが、電場の中で電極化を実現することができます。センサーは物体の幾何形状に基づいてその形状を推測することもでき、電場の擾乱の幾何形状は物体の幾何形状と距離に応じて変化します。大きくて平らな物体は、小さな球形物体よりも電場の形状をより変化させます。
このチームによると、このセンサーは物体の接近度を推定することもできます。これらの特性はロボットにとって非常に有用であり、特に工場環境において重要です。例えば、精密操作、義肢、製造ロボット、暗闇、煙、ほこり、または視覚的混乱のある環境で作業するロボットに対して潜在的な応用があるかもしれません。この技術は、カメラが実用的でない状況にも適用できます。例えば、透明なガラスの物体は光学的視覚システムにとって困難を引き起こす可能性がありますが、その誘電特性は電場に影響を与えます。しかし、現在のところ、このセンサーの精度、最大検出範囲、湿度、温度などの要因がセンサーの性能にどのように影響するかは不明です。