Giới thiệu chung
Hiện nay, robot được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như y tế, khoa học kỹ thuật và vận chuyển hàng hóa, đồng thời phạm vi ứng dụng của chúng ngày càng được mở rộng hơn. Điều này đòi hỏi robot cần được nghiên cứu và phát triển nhanh chóng để đáp ứng các yêu cầu nêu trên. Trong bối cảnh đó, cảm biến xúc giác đang được xem là một trong những yếu tố quan trọng nhằm giúp robot thực hiện đa dạng các nhiệm vụ khác nhau. Một cách đơn giản, robot sẽ có khả năng cảm nhận và tương tác với môi trường xung quanh khi được tích hợp cảm biến xúc giác, từ đó sẽ góp phần cải thiện khả năng nắm giữ và xử lý các vật thể của nó. Bài viết này cung cấp một góc nhìn tổng quát về cảm biến xúc giác, đồng thời phân tích các ứng dụng, vai trò và những thách thức của loại hình công nghệ này.
Định nghĩa và nguyên lý hoạt động của cảm biến xúc giác
Theo định nghĩa, cảm biến xúc giác là thiết bị giúp robot phát hiện và đưa ra phản ứng dựa trên các thông tin thu được từ bề mặt vật thể nó tiếp xúc. Loại cảm biến này có khả năng đo lường các dạng dữ liệu khác nhau như áp lực, độ căng, độ rung, nhiệt độ,... nhằm cung cấp các thông tin chi tiết về đặc tính của vật thể đó tới robot. Hiện nay, trên thị trường có nhiều loại cảm biến khác nhau như cảm biến lực, cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt... Trong đó, mỗi loại cảm biến lại có những chức năng và vai trò cụ thể khác nhau. Đối với cảm biến lực, loại cảm biến này có khả năng đo lường lực tác động lên bề mặt vật thể, từ đó hỗ trợ robot phân tích cách nắm giữ vật thể. Cảm biến áp suất có chức năng đo lường áp suất do vật thể tạo ra trong quá trình tiếp xúc, trong khi cảm biến nhiệt giúp robot nhận biết chất liệu và đặc tính của vật thể cần đo. Nhìn chung, các thông tin do cảm biến xúc giác cung cấp cho robot giúp chúng thực hiện các thao tác một cách linh hoạt và dễ dàng. Không chỉ vậy, robot cũng có thể tự cải thiện mô hình học và cải thiện khả năng hoạt động thông qua việc ứng dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo.
Vai trò của cảm biến xúc giác
Hiện nay, khả năng nắm giữ của robot trên các vật thể khác nhau đang được xem là một trong những thách thức lớn nhất. Điều này là do khả năng nắm giữ của robot phụ thuộc vào nhiều yếu tố như hình dạng, kích thước, trọng lượng hay mức độ ma sát của vật thể. Trong quá trình hoạt động bình thường, robot cần được điều chỉnh bằng các lệnh phù hợp để tránh gây tổn hại đến vật thể. Ví dụ, trong quá trình vận chuyển một vật thể nhất định, nếu sử dụng một lực quá mạnh thì vật thể có thể bị hỏng; ngược lại, nếu lực tác động quá nhỏ, vật thể có thể bị rơi. Vấn đề này có thể được xử lý bằng cách tích hợp thêm cảm biến xúc giác vào trong robot, nó sẽ giúp robot phát hiện và điều chỉnh lực tác động vào vật thể một cách phù hợp.
Các loại hình công nghệ cảm biến tiếp xúc hiện nay
Trong thời gian gần đây, cảm biến xúc giác ngày càng được phát triển nhờ vào sự tiến bộ của khoa học công nghệ. Bên cạnh các ứng dụng hiện có, một số các công nghệ mới đang được phát triển, có thể kể đến như cảm biến mềm, mạng cảm biến, cảm biến hồng ngoại hay cảm biến siêu âm. Trong đó, các loại cảm biến mềm có khả năng uốn cong và thay đổi hình dạng nhằm giúp robot có thể tiếp xúc với các vật thể có bề mặt phức tạp. Do vậy, các loại cảm biến mềm thường được tích hợp vào các robot để làm việc trong các môi trường có nhiều vật thể với hình dạng không nhất quán. Đối với mạng cảm biến, chúng được lắp đặt ở nhiều điểm trên bề mặt của robot nhằm thu thập được nhiều thông tin từ các điểm tiếp xúc khác nhau. Còn đối các cảm biến hồng ngoại và siêu âm, chúng hỗ trợ robot trong quá trình lập kế hoạch và đưa ra các quyết định xử lý vấn đề trong quá trình hoạt động.
Các ứng dụng của cảm biến xúc giác
Hiện nay, cảm biến xúc giác được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như sản xuất, y tế, giáo dục,... Trong lĩnh vực sản xuất, cảm biến xúc giác được tích hợp vào robot nhằm hỗ trợ tự động hóa, nâng cao năng suất và giảm thiểu lỗi trong quá trình hoạt động. Ví dụ, khi được tích hợp cảm biến xúc giác, robot có thể điều chỉnh lực tác động phù hợp trong quá trình lắp ráp mà không làm hỏng các chi tiết. Đối với lĩnh vực y tế, các robot tích hợp cảm biến xúc giác có thể thực hiện các thao tác phẫu thuật một cách linh hoạt, chính xác hơn các robot thông thường. Ngoài ra, một số các robot sử dụng trong gia đình cũng đã bắt đầu được tích hợp các loại cảm biến xúc giác để chúng tương tác với các vật dụng trong gia đình một cách an toàn hơn. Từ các ví dụ trên, chúng ta có thể thấy cảm biến xúc giác đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Điều này cũng đặt ra các yêu cầu hoạt động chính xác, đa dạng của các loại cảm biến này nhằm đáp ứng hiệu quả từng lĩnh vực cụ thể.
Những thách thức và giải pháp cho cảm biến xúc giác
Bên cạnh những lợi ích mang lại, cảm biến xúc giác vẫn đang phải đối mặt với nhiều thách thức khác nhau. Các thách thức này xuất phát từ các vấn đề trong quá trình sản xuất, chi phí đầu tư và thiết kế. Về chi phí sản xuất, các cảm biến xúc giác hiện nay có giá thành rất cao, từ đó làm tăng chi phí chế tạo robot. Chính vì vậy, các kỹ sư cần không ngừng nghiên cứu để đưa ra các giải pháp nhằm đơn giản hóa quá trình sản xuất và giảm chi phí cho các loại cảm biến xúc giác. Sau khi được tích hợp vào robot, các kỹ sư cũng cần phát triển các phần mềm điều khiển robot để tối ưu quá trình tương tác trực tiếp giữa các thông tin của cảm biến xúc giác. Không chỉ vậy, việc tích hợp cảm biến xúc giác vào robot cũng được xem là một thách thức vô cùng lớn do chúng cần đồng bộ với nhau. Điều nay cũng đặt ra các yêu cầu trong quá trình thiết kế để robot và cảm biến xúc giác hoạt động với nhau một cách hiệu quả.
