Enamik roboteid saavutab haarde- ja puutetundlikkuse motoriseeritud vahenditega, mis võivad olla liiga mahukad ja jäigad. Cornelli ülikooli rühm on välja töötanud viisi, kuidas pehme robot tunneb ümbritsevat sisemiselt samamoodi nagu inimesed.
Rühm, mida juhib mehaanika- ja kosmosetehnika dotsent ja juhtivteadur Robert Shepherd Orgaanilise robootika labor, on avaldanud artikli, milles kirjeldatakse, kuidas venitatavad optilised lainejuhid toimivad pehmes robotkäes kumeruse, pikenemise ja jõu andurina.
Doktorant Huichan Zhao on raamatu "Optoelektrooniliselt innerveeritud pehme proteeskäsi venitatavate optiliste lainejuhtide kaudu”, mida kajastatakse ajakirja Science Robotics debüütväljaandes. Paber ilmus 6. detsembril; kaasa aitasid ka doktorandid Kevin O'Brien ja Shuo Li, mõlemad Shepherdi laborist.
"Enamikul tänapäeva robotitel on keha välisküljel andurid, mis tuvastavad asju pinnalt," ütles Zhao. "Meie andurid on kehasse integreeritud, nii et nad suudavad tuvastada roboti paksuse kaudu levivaid jõude, sarnaselt meie ja kõigi organismidega, kui tunneme näiteks valu."
Optilisi lainejuhte on kasutatud alates 1970. aastate algusest paljude andurifunktsioonide jaoks, sealhulgas puutetundlikkuse, asendi ja akustiliste funktsioonide jaoks. Valmistamine oli algselt keeruline protsess, kuid pehme litograafia ja 20-D-printimise tulek viimase 3 aasta jooksul on viinud elastomeerse andurite väljatöötamiseni, mida on lihtne toota ja integreerida pehmesse robotrakendusse.
Shepherdi rühm kasutas neljaastmelist pehmet litograafiaprotsessi, et toota südamikku (läbi valgus levib) ja kattekihti (lainejuhi välispind), milles asuvad ka LED (valgusdiood) ja fotodiood.
Mida rohkem protees käsi deformeerub, seda rohkem valgust kaob läbi südamiku. See muutuv valguskadu, nagu fotodiood tuvastab, võimaldab proteesil ümbritsevat "tunnetada".
"Kui proteesi painutamisel valgust ei kaoks, ei saaks me anduri oleku kohta teavet," ütles Shepherd. "Kahjumi suurus sõltub sellest, kuidas see on painutatud."
Rühm kasutas oma optoelektroonilist proteesi mitmesuguste ülesannete täitmiseks, sealhulgas nii kuju kui ka tekstuuri haaramiseks ja sondeerimiseks. Kõige olulisem on see, et käsi suutis skannida kolm tomatit ja määrata pehmuse järgi, milline oli kõige küpsem.
Zhao ütles, et sellel tehnoloogial on palju potentsiaalseid kasutusvõimalusi peale proteeside, sealhulgas bioinspireeritud robotid, mida Shepherd on koos uurinud Mason Peck, mehaanika- ja kosmosetehnika dotsent, kasutamiseks kosmoseuuringutes.
"Sellel projektil ei ole sensoorset tagasisidet," ütles Shepherd, viidates koostööle Peckiga, "aga kui meil oleks andurid, saaksime reaalajas jälgida kuju muutumist põlemisel [vee elektrolüüsi abil] ja töötada välja paremad käivitamisjärjestused. see liigub kiiremini."
Tulevane töö optiliste lainejuhtidega pehmes robootikas keskendub sensoorsete võimete suurendamisele, osaliselt keerukamate andurite kujundite 3-D printimise ja masinõppe kaasamise teel signaalide lahtisidumiseks suurema arvu andurite hulgast. "Praegu," ütles Shepherd, "on raske kindlaks teha, kust puudutus tuleb."
Seda tööd toetas õhujõudude teadusuuringute büroo toetus ja see kasutas ära Cornelli nanoskaala teaduse ja tehnoloogia rajatis ja Cornelli materjaliuuringute keskus, mida mõlemat toetab National Science Foundation.
- Tom Fleischman, Cornelli ülikool