De fleste roboter oppnår gripe- og taktil sansing gjennom motoriserte midler, som kan være for store og stive. En gruppe fra Cornell University har utviklet en måte for en myk robot å føle omgivelsene internt, omtrent på samme måte som mennesker gjør.
En gruppe ledet av Robert Shepherd, assisterende professor i mekanisk og romfartsteknikk og hovedetterforsker av Organic Robotics Lab, har publisert en artikkel som beskriver hvordan strekkbare optiske bølgeledere fungerer som kurvatur-, forlengelses- og kraftsensorer i en myk robothånd.
Doktorgradsstudent Huichan Zhao er hovedforfatter av "Optoelektronisk innervert myk protesehånd via strekkbare optiske bølgeledere", som er omtalt i debututgaven av Science Robotics. Avisen publisert 6. desember; Doktorgradsstudentene Kevin O'Brien og Shuo Li, begge fra Shepherds laboratorium, bidro også.
"De fleste roboter i dag har sensorer på utsiden av kroppen som oppdager ting fra overflaten," sa Zhao. "Våre sensorer er integrert i kroppen, slik at de faktisk kan oppdage krefter som overføres gjennom tykkelsen på roboten, omtrent som vi og alle organismer gjør når vi føler smerte, for eksempel."
Optiske bølgeledere har vært i bruk siden tidlig på 1970-tallet for en rekke sansefunksjoner, inkludert taktil, posisjon og akustisk. Fabrikasjon var opprinnelig en komplisert prosess, men de siste 20 årene med myk litografi og 3D-utskrift har ført til utvikling av elastomere sensorer som enkelt kan produseres og integreres i en myk robotapplikasjon.
Shepherds gruppe brukte en fire-trinns myk litografiprosess for å produsere kjernen (som lys forplanter seg gjennom), og kledningen (den ytre overflaten av bølgelederen), som også huser LED (lysemitterende diode) og fotodioden.
Jo mer håndprotesen deformeres, jo mer lys går tapt gjennom kjernen. Det variable tapet av lys, som oppdaget av fotodioden, er det som gjør at protesen kan "sanse" omgivelsene.
"Hvis intet lys gikk tapt når vi bøyer protesen, ville vi ikke få noen informasjon om tilstanden til sensoren," sa Shepherd. "Størrelsen på tapet er avhengig av hvordan den er bøyd."
Gruppen brukte sin optoelektroniske protese til å utføre en rekke oppgaver, inkludert å gripe og sondere for både form og tekstur. Mest bemerkelsesverdig var hånden i stand til å skanne tre tomater og bestemme, ved mykhet, hvilken som var den modneste.
Zhao sa at denne teknologien har mange potensielle bruksområder utover proteser, inkludert bioinspirerte roboter, som Shepherd har utforsket sammen med Mason Peck, førsteamanuensis i mekanisk og romfartsteknikk, for bruk i romutforskning.
"Det prosjektet har ingen sensorisk tilbakemelding," sa Shepherd, med henvisning til samarbeidet med Peck, "men hvis vi hadde sensorer, kunne vi i sanntid overvåke formendringen under forbrenning [gjennom vannelektrolyse] og utvikle bedre aktiveringssekvenser for å lage den beveger seg raskere."
Fremtidig arbeid med optiske bølgeledere i myk robotikk vil fokusere på økte sensoriske evner, delvis ved 3-D-printing av mer komplekse sensorformer, og ved å inkludere maskinlæring som en måte å koble signaler fra et økt antall sensorer på. "Akkurat nå," sa Shepherd, "er det vanskelig å lokalisere hvor en berøring kommer fra."
Dette arbeidet ble støttet av et stipend fra Air Force Office of Scientific Research, og benyttet seg av Cornell NanoScale Science and Technology Facility og Cornell Center for Materials Research, som begge er støttet av National Science Foundation.
- Tom Fleischman, Cornell University