Cảm biến xúc giác robot nhạy hơn nhờ chip Microchip ATFCD52

Cảm biến xúc giác robot dùng chip Microchip ATFCD52 trên tay kẹp

Vì sao camera thôi chưa đủ để robot cầm nắm an toàn

Thị giác máy tính đã giúp robot xác định khá chính xác vị trí của một vật thể, song mỗi khi phải nhấc lên những món đồ mềm, dễ vỡ hoặc có hình dạng không đồng nhất, chiếc camera lại đành bó tay trước câu hỏi vật đang được giữ chặt đến đâu và liệu nó đã bắt đầu tuột khỏi tay kẹp hay chưa. Muốn trả lời, robot cần đến cảm biến xúc giác, bộ phận cung cấp thông tin tiếp xúc mà mắt máy không thể thay thế, và đó cũng là lý do giới chế tạo ngày càng coi cảm biến xúc giác robot như mảnh ghép còn thiếu của khâu thao tác.

Hãng thiết kế chip Microchip (có trụ sở tại Mỹ) nhắm đúng khoảng trống ấy khi tung ra ATFCD52, bộ số hóa điện dung tốc độ cao có nhiệm vụ chuyển tín hiệu từ các mảng cảm biến điện dung hai chiều dạng lưới mịn thành dữ liệu số có độ nhạy cao. Từ nguồn dữ liệu đó, các bộ xử lý bên ngoài sẽ tính ra lực pháp tuyến cùng lực cắt, tức lực trượt, rồi giúp bộ kẹp của robot hay bàn tay linh hoạt của robot hình người điều chỉnh cách cầm và thao tác với vật thể.

"Robot ngày càng có khả năng nhìn và thấu hiểu môi trường xung quanh tốt hơn, nhưng khả năng cảm nhận và phản ứng với tiếp xúc vật lý vẫn là một thách thức lớn", ông Giovanni Fontana, Giám đốc cấp cao phụ trách bộ phận giao diện người máy của Microchip, cho biết. Theo ông, ATFCD52 được thiết kế để cung cấp dữ liệu xúc giác theo thời gian thực, tạo nền tảng cho những thế hệ robot linh hoạt hơn và thúc đẩy AI vật lý phát triển.

Microchip ATFCD52 hỗ trợ tối đa 52 kênh, trong đó có nhiều nhất 32 kênh phát (TX) và 20 kênh thu (RX), cho phép những mảng cảm biến điện dung hai chiều mật độ cao gom dữ liệu trên khắp bề mặt tiếp xúc. Hai mươi đầu cảm biến analog chạy song song ngay trên chip cùng lúc tiếp nhận toàn bộ dữ liệu ở các kênh thu, nhờ vậy tốc độ khung tín hiệu đạt tới 800 Hz, tùy theo kích thước mảng cảm biến. Với nhịp thu nhận nhanh như thế, cảm biến xúc giác robot đủ sức báo hiệu hiện tượng trượt để hệ thống kịp chỉnh lại độ bám trước khi vật thể rơi xuống hoặc bị bóp nát.

Độ nhạy là yếu tố thứ hai Microchip tập trung phát triển. Chip ATFCD52 có thể phát hiện những thay đổi điện dung nhỏ hơn 1 femtofarad (fF), ngưỡng cần thiết để nhận biết biến dạng rất nhỏ trên lớp vật liệu xúc giác. Khả năng này đặc biệt quan trọng khi robot thực hiện những cú chạm nhẹ, bởi tín hiệu điện dung thường rất yếu và dễ bị nhiễu. Bên trong robot, động cơ servo, mạch điện tử công suất và bộ nguồn chuyển mạch liên tục phát sinh nhiễu điện, có thể làm sai lệch kết quả đo của cảm biến. Để duy trì khả năng nhận diện chính xác, Microchip tích hợp công nghệ nhảy tần và kỹ thuật lấy mẫu dư (oversampling), giúp giảm ảnh hưởng của nhiễu điện lên tín hiệu cảm biến.

Microchip ATFCD52 hướng đến ứng dụng trong robot, kính thực tế tăng cường và da điện tử

Ở cấp độ hệ thống, Microchip ATFCD52 có thể kết hợp với các dòng vi điều khiển (MCU), vi xử lý (MPU) hoặc FPGA của hãng, tùy yêu cầu hiệu năng của từng ứng dụng. Cách thiết kế này cho phép nhà phát triển lựa chọn kiến trúc xử lý phù hợp, từ điều khiển cục bộ đến xử lý dữ liệu tốc độ cao, đồng thời tích hợp bộ số hóa điện dung vào nhiều giải pháp hệ thống khác nhau.

Đối tượng hưởng lợi trước hết là các doanh nghiệp chế tạo tay kẹp và robot hình người, những đơn vị đang cần cảm biến xúc giác robot đủ nhanh, đủ nhạy để xử lý đồ vật mềm và dễ vỡ. Tuy vậy, theo Microchip, độ linh hoạt của ATFCD52 còn phù hợp với thực tế tăng cường, phụ kiện chơi game, găng tay và thảm lót chân dùng để thu thập dữ liệu, cũng như các cảm biến đeo trên cơ thể như da điện tử, mở ra cánh cửa cho người dùng phổ thông được chạm vào công nghệ xúc giác trong đời sống hằng ngày.

Để kỹ sư sớm bắt tay vào thử nghiệm, Microchip cung cấp bảng mạch phát triển EV-ATFCD52, cho phép khách hàng đánh giá thiết kế cảm biến điện dung, vật liệu cảm biến xúc giác và các kiến trúc xếp chồng của riêng họ. Đi kèm là phần mềm ATFCD52 Configurator, giúp cấu hình tham số người dùng và ghi lại dữ liệu theo thời gian thực, qua đó rút ngắn thời gian đánh giá và thiết kế một hệ cảm biến xúc giác robot hoàn chỉnh.