Väčšina robotov dosahuje uchopenie a hmatové snímanie prostredníctvom motorizovaných prostriedkov, ktoré môžu byť príliš objemné a tuhé. Skupina Cornell University vymyslela spôsob, ako môže mäkký robot vnútorne cítiť svoje okolie, podobne ako ľudia.
Skupina vedená Robertom Shepherdom, odborným asistentom mechanického a leteckého inžinierstva a hlavným riešiteľom Laboratórium organickej robotikypublikoval dokument popisujúci, ako napínateľné optické vlnovody fungujú ako senzory zakrivenia, predĺženia a sily v mäkkej robotickej ruke.
Doktorand Huichan Zhao je hlavným autorom knihy „Optoelektronicky inervovaná mäkká protetická ruka prostredníctvom roztiahnuteľných optických vlnovodov“, ktorý je uvedený v debutovom vydaní Science Robotics. Príspevok uverejnený 6. decembra; prispeli aj doktorandi Kevin O'Brien a Shuo Li, obaja zo Shepherd's lab.
"Väčšina dnešných robotov má senzory na vonkajšej strane tela, ktoré detegujú veci z povrchu," povedal Zhao. "Naše senzory sú integrované v tele, takže môžu skutočne detekovať sily prenášané cez hrúbku robota, podobne ako to robíme my a všetky organizmy, keď napríklad cítime bolesť."
Optické vlnovody sa používajú od začiatku 1970. rokov 20. storočia pre mnohé funkcie snímania, vrátane hmatu, polohy a akustiky. Výroba bola pôvodne komplikovaný proces, ale nástup mäkkej litografie a 3-D tlače za posledných XNUMX rokov viedol k vývoju elastomérnych senzorov, ktoré sa ľahko vyrábajú a začleňujú do mäkkej robotickej aplikácie.
Shepherd's group použila štvorkrokový proces mäkkej litografie na výrobu jadra (cez ktorým sa šíri svetlo) a plášťa (vonkajší povrch vlnovodu), v ktorom je umiestnená aj LED (svetlo vyžarujúca dióda) a fotodióda.
Čím viac sa protetická ruka deformuje, tým viac svetla sa stráca cez jadro. Táto premenlivá strata svetla, ako ju deteguje fotodióda, umožňuje protéze „cítiť“ svoje okolie.
"Ak by sa pri ohýbaní protézy nestratilo žiadne svetlo, nezískali by sme žiadne informácie o stave senzora," povedal Shepherd. "Výška straty závisí od toho, ako je ohnutá."
Skupina používala svoju optoelektronickú protézu na vykonávanie rôznych úloh vrátane uchopenia a snímania tvaru a štruktúry. Najpozoruhodnejšie je, že ruka dokázala naskenovať tri paradajky a podľa mäkkosti určiť, ktorá bola najzrelšia.
Zhao povedal, že táto technológia má mnoho potenciálnych využití okrem protéz, vrátane bio-inšpirovaných robotov, ktoré Shepherd skúmal spolu s Mason Peck, docent strojného a leteckého inžinierstva, na použitie pri prieskume vesmíru.
„Tento projekt nemá žiadnu senzorickú spätnú väzbu,“ povedal Shepherd s odvolaním sa na spoluprácu s Peckom, „ale ak by sme mali senzory, mohli by sme v reálnom čase monitorovať zmenu tvaru počas spaľovania [prostredníctvom elektrolýzy vody] a vyvinúť lepšie spúšťacie sekvencie na vytvorenie pohybuje sa rýchlejšie."
Budúca práca na optických vlnovodoch v mäkkej robotike sa zameria na zvýšené senzorické schopnosti, čiastočne 3D tlačou zložitejších tvarov senzorov a začlenením strojového učenia ako spôsobu oddelenia signálov od zvýšeného počtu senzorov. "Práve teraz," povedal Shepherd, "je ťažké lokalizovať, odkiaľ prichádza dotyk."
Táto práca bola podporená grantom Úradu pre vedecký výskum letectva a využila sa Vedecké a technologické zariadenie Cornell NanoScale a Cornell Center for Materials Research, pričom obe sú podporované Národnou vedeckou nadáciou.
- Tom Fleischman, Cornell University