Večina robotov doseže oprijem in taktilno zaznavanje z motoriziranimi sredstvi, ki so lahko pretirano obsežna in toga. Skupina z univerze Cornell je zasnovala način, kako mehki robot notranje začuti okolico, podobno kot ljudje.
Skupina pod vodstvom Roberta Shepherda, docenta za strojništvo in vesoljsko inženirstvo ter glavnega raziskovalca Organic Robotics Lab, je objavil članek, ki opisuje, kako raztegljivi optični valovod delujejo kot senzorji ukrivljenosti, raztezka in sile v mehki robotski roki.
Doktorski študent Huichan Zhao je glavni avtor knjige "Optoelektronsko inervirana mehka protetična roka prek raztegljivih optičnih valovodov,« ki je predstavljen v prvi izdaji Science Robotics. Članek objavljen 6. decembra; prispevala sta tudi doktorska študenta Kevin O'Brien in Shuo Li, oba iz Shepherdovega laboratorija.
"Večina današnjih robotov ima senzorje na zunanji strani telesa, ki zaznavajo stvari s površine," je dejal Zhao. "Naši senzorji so integrirani v telo, tako da lahko dejansko zaznajo sile, ki se prenašajo skozi debelino robota, podobno kot mi in vsi organizmi počnemo, ko na primer čutimo bolečino."
Optični valovod se uporablja od začetka sedemdesetih let 1970. stoletja za številne funkcije zaznavanja, vključno s taktilnimi, položajnimi in akustičnimi. Izdelava je bila prvotno zapleten proces, vendar je pojav mehke litografije in 20-D tiskanja v zadnjih 3 letih privedel do razvoja elastomernih senzorjev, ki jih je enostavno proizvesti in vključiti v mehko robotsko aplikacijo.
Shepherdova skupina je uporabila štiristopenjski postopek mehke litografije za izdelavo jedra (skozi katero se širi svetloba) in obloge (zunanja površina valovoda), v kateri sta tudi LED (svetleča dioda) in fotodioda.
Bolj ko se protetična roka deformira, več svetlobe se izgubi skozi jedro. Spremenljiva izguba svetlobe, ki jo zazna fotodioda, je tisto, kar omogoča protezi, da »zaznava« svojo okolico.
»Če pri upogibanju proteze ne bi izgubili svetlobe, ne bi dobili nobenih informacij o stanju senzorja,« je dejal Shepherd. "Količina izgube je odvisna od tega, kako je upognjen."
Skupina je uporabila svojo optoelektronsko protezo za opravljanje različnih nalog, vključno z prijemom in tipanjem oblike in teksture. Predvsem je roka lahko skenirala tri paradižnike in po mehkosti določila, kateri je najbolj zrel.
Zhao je dejal, da ima ta tehnologija veliko potencialnih uporab poleg protez, vključno z roboti po biološkem navdihu, ki jih je Shepherd raziskoval skupaj z Mason Peck, izredni profesor za strojništvo in vesoljsko tehniko, za uporabo pri raziskovanju vesolja.
»Ta projekt nima senzorične povratne informacije,« je dejal Shepherd, ki se je skliceval na sodelovanje s Peckom, »če pa bi imeli senzorje, bi lahko v realnem času spremljali spremembo oblike med zgorevanjem [z vodno elektrolizo] in razvili boljše zaporedje aktiviranja, da bi naredili premika se hitreje."
Prihodnje delo na področju optičnih valovodov v mehki robotiki se bo osredotočilo na povečane senzorične zmogljivosti, deloma s 3-D tiskanjem kompleksnejših oblik senzorjev in z vključitvijo strojnega učenja kot načina ločevanja signalov iz povečanega števila senzorjev. "Trenutno," je dejal Shepherd, "je težko določiti, od kod prihaja dotik."
To delo je podprlo štipendijo Urada letalskih sil za znanstvene raziskave in uporabilo Znanstveno-tehnološki objekt Cornell NanoScale in Cornell Center za raziskave materialov, oba pa podpira Nacionalna znanstvena fundacija.
- Tom Fleischman, Univerza Cornell