Useimmat robotit saavuttavat tarttumisen ja tuntotunnistuksen moottoroiduilla keinoilla, jotka voivat olla liian isoja ja jäykkiä. Cornellin yliopiston ryhmä on kehittänyt tavan, jolla pehmeä robotti tuntee ympäristönsä sisäisesti, aivan samalla tavalla kuin ihmiset.
Ryhmä, jota johtaa Robert Shepherd, mekaniikka- ja ilmailutekniikan apulaisprofessori ja päätutkija Organic Robotics Lab, on julkaissut artikkelin, jossa kuvataan, kuinka venyvät optiset aaltoputket toimivat kaarevuuden, venymän ja voiman antureina pehmeässä robottikädessä.
Tohtoriopiskelija Huichan Zhao on pääkirjoittaja "Optoelektronisesti hermotettu pehmeä käsiproteesi joustavien optisten aaltoputkien kautta”, joka on esillä Science Roboticsin debyyttipainoksessa. Lehti julkaistiin 6. joulukuuta; mukana olivat myös jatko-opiskelijat Kevin O'Brien ja Shuo Li, molemmat Shepherdin laboratoriosta.
"Useimmilla roboteilla on nykyään kehon ulkopuolella anturit, jotka havaitsevat asioita pinnasta", Zhao sanoi. "Anturimme on integroitu kehoon, joten ne voivat itse asiassa havaita robotin paksuuden läpi siirtyviä voimia, aivan kuten me ja kaikki organismit tekevät esimerkiksi silloin, kun tunnemme kipua."
Optisia aaltoputkia on käytetty 1970-luvun alusta lähtien lukuisiin tunnistustoimintoihin, mukaan lukien tunto, sijainti ja akustinen. Valmistus oli alun perin monimutkainen prosessi, mutta pehmeän litografian ja 20-D-tulostuksen tulo viimeisen 3 vuoden aikana on johtanut elastomeerisensorien kehittämiseen, jotka on helppo valmistaa ja liittää pehmeään robottisovellukseen.
Shepherd's Group käytti nelivaiheista pehmeää litografiaprosessia tuottaakseen ytimen (jonka läpi valo etenee) ja verhouksen (aaltoputken ulkopinnan), jossa on myös LED (valoa emittoiva diodi) ja valodiodi.
Mitä enemmän käsiproteesi deformoituu, sitä enemmän valoa katoaa ytimen läpi. Tämä valodiodin havaitsema vaihteleva valohäviö mahdollistaa sen, että proteesi "aisti" ympäristönsä.
"Jos valo ei katoaisi, kun taivutamme proteesin, emme saisi mitään tietoa anturin tilasta", Shepherd sanoi. "Tappion määrä riippuu siitä, miten se on taipunut."
Ryhmä käytti optoelektronista proteesiaan suorittaakseen erilaisia tehtäviä, mukaan lukien muodon ja koostumuksen tarttua ja koettamiseen. Erityisesti käsi pystyi skannaamaan kolme tomaattia ja määrittämään pehmeyden perusteella, mikä oli kypsin.
Zhao sanoi, että tällä tekniikalla on monia käyttömahdollisuuksia proteesien lisäksi, mukaan lukien bioinspiroidut robotit, joita Shepherd on tutkinut yhdessä Mason Peck, kone- ja ilmailutekniikan apulaisprofessori, käytettäväksi avaruustutkimuksessa.
"Tällä projektilla ei ole aistinvaraista palautetta", Shepherd sanoi viitaten yhteistyöhön Peckin kanssa, "mutta jos meillä olisi antureita, voisimme seurata reaaliajassa muodonmuutosta palamisen aikana [vesielektrolyysin avulla] ja kehittää parempia käyttösekvenssejä se liikkuu nopeammin."
Tuleva työ optisten aaltoputkien parissa pehmeässä robotiikassa keskittyy aistinvaraisten ominaisuuksien parantamiseen, osittain tulostamalla monimutkaisempia anturimuotoja 3-D-tulostamalla ja sisällyttämällä koneoppimiseen keinona irrottaa signaalit lisääntyneestä antureiden määrästä. "Tällä hetkellä", Shepherd sanoi, "on vaikea paikantaa, mistä kosketus tulee."
Tätä työtä tuettiin ilmavoimien tieteellisen tutkimuksen toimiston apurahalla, ja siinä käytettiin hyväksi Cornell NanoScale Science and Technology Facility ja Cornellin materiaalitutkimuskeskus, jotka molemmat ovat National Science Foundationin tukemia.
- Tom Fleischman, Cornellin yliopisto