Majoritatea roboților realizează apucarea și detectarea tactilă prin mijloace motorizate, care pot fi excesiv de voluminoase și rigide. Un grup de la Universitatea Cornell a conceput o modalitate prin care un robot moale să simtă interiorul înconjurător, în același mod în care o fac oamenii.
Un grup condus de Robert Shepherd, profesor asistent de inginerie mecanică și aerospațială și cercetător principal al Laborator de robotică organică, a publicat o lucrare care descrie modul în care ghidurile de undă optice extensibile acționează ca senzori de curbură, alungire și forță într-o mână robotică moale.
Doctorand Huichan Zhao este autorul principal al cărții „Mână protetică moale inervată optoelectronic prin ghiduri de undă optice extensibile”, care apare în ediția de debut a Science Robotics. Lucrarea publicată pe 6 decembrie; Au contribuit și studenții doctoranzi Kevin O'Brien și Shuo Li, ambii din laboratorul lui Shepherd.
„Majoritatea roboților de astăzi au senzori în exteriorul corpului care detectează lucruri de la suprafață”, a spus Zhao. „Senzorii noștri sunt integrați în corp, astfel încât ei pot detecta efectiv forțele transmise prin grosimea robotului, la fel cum facem noi și toate organismele când simțim durere, de exemplu.”
Ghidurile de undă optice au fost utilizate de la începutul anilor 1970 pentru numeroase funcții de detectare, inclusiv tactile, de poziție și acustice. Fabricarea a fost inițial un proces complicat, dar apariția în ultimii 20 de ani a litografiei moale și a imprimării 3-D a condus la dezvoltarea senzorilor elastomerici care sunt ușor produși și încorporați într-o aplicație robotică moale.
Grupul lui Shepherd a folosit un proces de litografie moale în patru pași pentru a produce miezul (prin care se propagă lumina) și placarea (suprafața exterioară a ghidului de undă), care găzduiește și LED-ul (dioda emițătoare de lumină) și fotodioda.
Cu cât mâna protetică se deformează mai mult, cu atât se pierde mai multă lumină prin miez. Acea pierdere variabilă de lumină, așa cum este detectată de fotodiodă, este ceea ce permite protezei să „simte” împrejurimile.
„Dacă nu s-ar pierde lumina când îndoim proteza, nu am obține nicio informație despre starea senzorului”, a spus Shepherd. „Valoarea pierderii depinde de modul în care este îndoită.”
Grupul și-a folosit proteza optoelectronică pentru a îndeplini o varietate de sarcini, inclusiv prinderea și sondarea atât pentru formă, cât și pentru textura. Cel mai important, mâna a reușit să scaneze trei roșii și să determine, prin moliciune, care a fost cea mai coaptă.
Zhao a spus că această tehnologie are multe utilizări potențiale dincolo de proteze, inclusiv roboți bio-inspirați, pe care Shepherd i-a explorat împreună cu Mason Peck, profesor asociat de inginerie mecanică și aerospațială, pentru utilizare în explorarea spațiului.
„Acest proiect nu are feedback senzorial”, a spus Shepherd, referindu-se la colaborarea cu Peck, „dar dacă am avea senzori, am putea monitoriza în timp real schimbarea formei în timpul arderii [prin electroliza apei] și am putea dezvolta secvențe de acționare mai bune pentru a face se mișcă mai repede.”
Lucrările viitoare privind ghidurile de undă optice în robotica soft se vor concentra pe capacități senzoriale sporite, în parte prin imprimarea 3-D a unor forme de senzori mai complexe și prin încorporarea învățării automate ca modalitate de decuplare a semnalelor de la un număr crescut de senzori. „În acest moment”, a spus Shepherd, „este greu de localizat de unde vine o atingere”.
Această lucrare a fost susținută de un grant de la Air Force Office of Scientific Research și a folosit Centrul de Știință și Tehnologie Cornell NanoScale si Centrul Cornell pentru Cercetarea Materialelor, ambele fiind susținute de Fundația Națională pentru Știință.
- Tom Fleischman, Universitatea Cornell