A legtöbb robot a megfogást és a tapintást motoros eszközökkel éri el, amelyek túlságosan terjedelmesek és merevek lehetnek. A Cornell Egyetem csoportja kidolgozott egy módot arra, hogy egy puha robot belül érezze a környezetét, nagyjából ugyanúgy, ahogyan az emberek.
Robert Shepherd, a gépészeti és repülőgépmérnöki adjunktus, valamint az űrkutatás vezető kutatója által vezetett csoport Organic Robotics Lab, publikált egy tanulmányt, amely leírja, hogyan működnek a nyújtható optikai hullámvezetők görbület-, nyúlás- és erőérzékelőként egy puha robotkézben.
Huichan Zhao doktorandusz vezető szerzője a „Optoelektronikusan beidegzett puha protézis kéz nyújtható optikai hullámvezetőkkel”, amely a Science Robotics debütáló kiadásában szerepel. A lap december 6-án jelent meg; Kevin O'Brien és Shuo Li doktoranduszok is közreműködtek, mindketten Shepherd laborjából.
"A legtöbb robotnak manapság a testének külsején vannak érzékelők, amelyek a felszínről érzékelik a dolgokat" - mondta Zhao. „Érzékelőink a testbe vannak beépítve, így ténylegesen képesek érzékelni a robot vastagságán áthaladó erőket, hasonlóan ahhoz, ahogyan mi és minden szervezet tesz, amikor például fájdalmat érzünk.”
Az optikai hullámvezetőket az 1970-es évek eleje óta használják számos érzékelési funkcióhoz, beleértve a tapintást, a helyzetet és az akusztikus funkciót. A gyártás eredetileg bonyolult folyamat volt, de a lágy litográfia és a 20-D nyomtatás elmúlt 3 évében bekövetkezett megjelenése olyan elasztomer érzékelők kifejlesztéséhez vezetett, amelyek könnyen előállíthatók és beépíthetők egy puha robotalkalmazásba.
A Shepherd's csoport négylépéses lágy litográfiai eljárást alkalmazott a mag (amelyen keresztül a fény terjed) és a burkolat (a hullámvezető külső felülete) előállítására, amely a LED-nek (fénykibocsátó dióda) és a fotodiódának is otthont ad.
Minél jobban deformálódik a protézis kéz, annál több fény távozik a magon keresztül. Ez a változó fényveszteség, amint azt a fotodióda érzékeli, lehetővé teszi a protézis számára, hogy „érzékelje” a környezetét.
„Ha a protézis hajlítása során nem veszne el fény, nem kapnánk információt az érzékelő állapotáról” – mondta Shepherd. "A veszteség mértéke attól függ, hogyan hajlik."
A csoport optoelektronikus protézisét különféle feladatok elvégzésére használta, beleértve az alak és a textúra megragadását és tapintását. A legfigyelemreméltóbb, hogy a kéz három paradicsomot tudott átvizsgálni, és a lágyság alapján meghatározni, melyik volt a legérettebb.
Zhao elmondta, hogy ennek a technológiának a protéziseken túl számos felhasználási lehetősége van, beleértve a biológiai ihletésű robotokat is, amelyeket Shepherd együtt kutatott. Mason Peck, gépészeti és repülőgépmérnöki docens, űrkutatásban való felhasználásra.
„Ennek a projektnek nincs szenzoros visszacsatolása” – mondta Shepherd, utalva a Peckkel folytatott együttműködésre –, de ha lennének szenzoraink, akkor valós időben nyomon követhetnénk az égés során bekövetkező alakváltozást [vízelektrolízissel], és jobb működési szekvenciákat dolgozhatnánk ki annak érdekében, hogy gyorsabban halad."
A lágy robotikában az optikai hullámvezetőkkel kapcsolatos jövőbeni munka a megnövekedett szenzoros képességekre fog összpontosítani, részben bonyolultabb szenzorformák 3D-nyomtatásával, valamint a gépi tanulás beépítésével a jelek megnövekedett számú érzékelőtől való leválasztásának módjaként. – Jelenleg – mondta Shepherd –, nehéz megállapítani, honnan jön az érintés.
Ezt a munkát a Légierő Tudományos Kutatási Hivatala támogatásával támogatták, és felhasználták a Cornell NanoScale tudományos és technológiai létesítmény és a Cornell Anyagkutatási Központ, mindkettőt a Nemzeti Tudományos Alapítvány támogatja.
- Tom Fleischman, Cornell Egyetem