Ανάπτυξη τριβοηλεκτρικών διατάξεων για χρήση σε εφαρμογές διεπαφής ανθρώπου-μηχανής

Abstract

Η απτική αντίληψη, γνωστή και ως αίσθηση της αφής, είναι ένας από τους βασικότερους τρόπους αλληλεπίδρασης του ανθρώπου με το εξωτερικό του περιβάλλον. Μέσω αυτής, ο άνθρωπος αποκτά πληροφορίες για τα αντικείμενα γύρω του, αντιλαμβάνεται την υφή τους, ενώ παίζει καθοριστικό ρόλο στις συναισθηματικές και κοινωνικές του αλληλεπιδράσεις. Τα τελευταία χρόνια, η τεχνητή αναπαραγωγή της απτικής αντίληψης, εκμεταλλευόμενη τους τριβοηλεκτρικούς αισθητήρες δεν έχει αφήσει αδιάφορη την σύγχρονη επιστημονική κοινότητα με , την κατασκευή ηλεκτρονικού δέρματος με απτική αντίληψη βρίσκεται στο επίκεντρο μελέτης. Σκοπός αυτών των μελετών είναι να υποβοηθηθούν άνθρωποι με προσθετικά μέλη, άτομα με περιορισμένη ορατότητα αλλά και να δοθούν ικανότητες αφής στην νέα γενιά ευφυών προσθετικών και ρομποτικών συστημάτων. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, παρουσιάζεται ο σχεδιασμός, η κατασκευή και ο χαρακτηρισμός ενός εύκαμπτου φορητού αισθητήρα αφής σε μορφή ηλεκτρονικού δέρματος, που προσαρμόζεται στην άκρη του δαχτύλου και ανιχνεύει το είδος και την υφή διαφορετικών αντικειμένων, βασισμένο στο τριβοηλεκτρικό φαινόμενο. Για την κατασκευή του αισθητήρα μελετήθηκαν τεχνικές εναπόθεσης διαφορετικών μετάλλων σε εύκαπτο υπόστρωμα, στο επίπεδο της νανοκλίμακας. Προκειμένου να μελετηθεί η ικανότητα του αισθητήρα να διαχωρίζει τα διαφορετικά υλικά που έρχεται σε επαφή, πραγματοποιήθηκαν πειράματα σε διαφορετικές επιφάνειας όπως ξύλο, γυαλί και δέρμα. Για την μελέτη του διαχωρισμού της υφής, έγινε μελέτη του αισθητήρα, ως προς την ικανότητα του διαχωρίζει διαφορετικές ανάγλυφες κωδικοποιήσεις, σε γραφή Braille. Προκειμένου να ερμηνευθούν τα αποτελέσματα της μελέτης και να εξαχθούν ποιοτικά αποτελέσματα για την ικανότητα ανίχνευσης των διαφορετικών επιφανειών, κατασκευάστηκε αλγόριθμος μηχανικής μάθησης, με χρήση τεχνικών συνελικτικών νευρωνικών δικτύων. Η βάση δεδομένων που χρησιμοποιήθηκε για την εκπαίδευση του μοντέλου, σχηματίστηκε κατά τις πειραματικές διαδικασίες.