Većina robota postiže hvatanje i dodirivanje pomoću motoriziranih sredstava, koja mogu biti pretjerano glomazna i kruta. Grupa sa Univerziteta Cornell osmislila je način da mekani robot iznutra osjeća svoju okolinu, na isti način na koji to čine ljudi.
Grupa koju vodi Robert Shepherd, docent za mašinstvo i vazduhoplovstvo i glavni istraživač Organic Robotics Lab, objavio je rad u kojem opisuje kako rastezljivi optički talasovodi djeluju kao senzori zakrivljenosti, izduženja i sile u mekoj robotskoj ruci.
Doktorand Huichan Zhao je vodeći autor knjige “Optoelektronski inervirana meka protetska šaka preko rastezljivih optičkih talasovoda”, koji je predstavljen u debitantskom izdanju Science Robotics. List je objavljen 6. decembra; Doprinos su dali i doktorandi Kevin O'Brien i Shuo Li, obojica iz Shepherdove laboratorije.
“Većina robota danas ima senzore na vanjskoj strani tijela koji otkrivaju stvari s površine”, rekao je Zhao. “Naši senzori su integrirani unutar tijela, tako da zapravo mogu otkriti sile koje se prenose kroz debljinu robota, slično kao što mi i svi organizmi radimo kada osjećamo bol, na primjer.”
Optički talasovodi su u upotrebi od ranih 1970-ih za brojne senzorske funkcije, uključujući taktilne, pozicijske i akustičke. Izrada je prvobitno bila komplikovan proces, ali je pojava meke litografije i 20-D štampanja u poslednjih 3 godina dovela do razvoja elastomernih senzora koji se lako proizvode i ugrađuju u meku robotsku aplikaciju.
Shepherdova grupa je koristila proces meke litografije u četiri koraka za proizvodnju jezgre (kroz koju se svjetlost širi) i omotača (vanjska površina valovoda), u kojoj se također nalaze LED (dioda koja emituje svjetlost) i fotodioda.
Što se protetska ruka više deformiše, to se više svjetlosti gubi kroz jezgro. Taj promjenjivi gubitak svjetlosti, koji detektuje fotodioda, je ono što omogućava protezi da „osjeti“ svoju okolinu.
“Ako se svjetlo ne gubi kada savijamo protezu, ne bismo dobili nikakvu informaciju o stanju senzora,” rekao je Shepherd. “Iznos gubitka ovisi o tome kako je savijen.”
Grupa je koristila svoju optoelektronsku protezu za obavljanje raznih zadataka, uključujući hvatanje i sondiranje oblika i teksture. Najvažnije, ruka je mogla skenirati tri paradajza i po mekoći odrediti koji je najzreliji.
Zhao je rekao da ova tehnologija ima mnogo potencijalnih upotreba osim proteza, uključujući bio-inspirirane robote, koje je Shepherd istraživao zajedno sa Mason Peck, vanredni profesor mašinstva i vazduhoplovstva, za upotrebu u istraživanju svemira.
„Taj projekat nema senzornu povratnu informaciju“, rekao je Shepherd, govoreći o saradnji s Peckom, „ali da imamo senzore, mogli bismo u realnom vremenu pratiti promjenu oblika tokom sagorijevanja [kroz elektrolizu vode] i razviti bolje sekvence pokretanja kako bismo napravili kreće se brže.”
Budući rad na optičkim talasovodima u mekoj robotici će se fokusirati na povećane senzorne sposobnosti, dijelom 3-D štampanjem složenijih oblika senzora, i uključivanjem mašinskog učenja kao načina odvajanja signala od povećanog broja senzora. „Trenutno je teško lokalizirati odakle dolazi dodir“, rekao je Shepherd.
Ovaj rad je podržan grantom Ureda za naučna istraživanja Ratnog vazduhoplovstva i koristio se Cornell NanoScale Science and Technology Facility a Cornell centar za istraživanje materijala, a oba su podržana od strane Nacionalne naučne fondacije.
- Tom Fleischman, Univerzitet Cornell