Die meeste robotte bereik gryp- en taswaarneming deur gemotoriseerde middele, wat buitensporig lywig en rigied kan wees. ’n Cornell-universiteitsgroep het ’n manier bedink vir ’n sagte robot om sy omgewing intern te voel, net soos mense dit doen.
'n Groep gelei deur Robert Shepherd, assistent-professor in meganiese en lugvaart-ingenieurswese en hoofondersoeker van Organiese robotika-laboratorium, het 'n referaat gepubliseer wat beskryf hoe rekbare optiese golfleiers optree as kromming, verlenging en kragsensors in 'n sagte robothand.
Doktorale student Huichan Zhao is hoofskrywer van "Opto-elektronies geïnnerveerde sagte prostetiese hand via rekbare optiese golfleiers,” wat in die debuutuitgawe van Science Robotics verskyn. Die koerant gepubliseer 6 Desember; Doktorale studente Kevin O'Brien en Shuo Li, albei van Shepherd se laboratorium, het ook bygedra.
"Die meeste robotte het vandag sensors aan die buitekant van die liggaam wat dinge vanaf die oppervlak opspoor," het Zhao gesê. "Ons sensors is in die liggaam geïntegreer, sodat hulle in werklikheid kragte kan opspoor wat deur die dikte van die robot oorgedra word, baie soos ons en alle organismes doen wanneer ons byvoorbeeld pyn voel."
Optiese golfleiers is sedert die vroeë 1970's in gebruik vir talle waarnemingsfunksies, insluitend tasbaar, posisie en akoesties. Vervaardiging was oorspronklik 'n ingewikkelde proses, maar die koms oor die afgelope 20 jaar van sagte litografie en 3-D-drukwerk het gelei tot die ontwikkeling van elastomere sensors wat maklik vervaardig en in 'n sagte robottoepassing geïnkorporeer word.
Shepherd's-groep het 'n vier-stap sagte litografie-proses gebruik om die kern (waardeur lig voortplant) en die bekleding (buitenste oppervlak van die golfleier), wat ook die LED (ligemitterende diode) en die fotodiode huisves, te vervaardig.
Hoe meer die prostetiese hand vervorm, hoe meer lig gaan deur die kern verlore. Daardie veranderlike verlies aan lig, soos deur die fotodiode bespeur, is wat die prostese toelaat om sy omgewing te "bespeur".
"As geen lig verlore gegaan het toe ons die prostese buig nie, sou ons geen inligting oor die toestand van die sensor kry nie," het Shepherd gesê. "Die hoeveelheid verlies hang af van hoe dit gebuig is."
Die groep het sy opto-elektroniese prostese gebruik om 'n verskeidenheid take uit te voer, insluitend gryp en ondersoek vir beide vorm en tekstuur. Die belangrikste is dat die hand drie tamaties kon skandeer en, volgens sagtheid, vasstel wat die rypste was.
Zhao het gesê hierdie tegnologie het baie potensiële gebruike buite prostese, insluitend bio-geïnspireerde robotte, wat Shepherd saam met Mason Peck, medeprofessor in meganiese en lugvaart-ingenieurswese, vir gebruik in ruimteverkenning.
"Daardie projek het geen sensoriese terugvoer nie," het Shepherd gesê, met verwysing na die samewerking met Peck, "maar as ons wel sensors gehad het, kan ons intyds die vormverandering tydens verbranding [deur waterelektrolise] monitor en beter aandryfreekse ontwikkel om te maak dit beweeg vinniger.”
Toekomstige werk oor optiese golfleiers in sagte robotika sal fokus op verhoogde sensoriese vermoëns, deels deur 3-D-druk van meer komplekse sensorvorms, en deur masjienleer in te sluit as 'n manier om seine van 'n groter aantal sensors te ontkoppel. "Op die oomblik," het Shepherd gesê, "is dit moeilik om te lokaliseer waar 'n aanraking vandaan kom."
Hierdie werk is ondersteun deur 'n toekenning van die lugmagkantoor vir wetenskaplike navorsing, en het gebruik gemaak van die Cornell NanoScale Wetenskap en Tegnologie Fasiliteit en die Cornell Sentrum vir Materiaalnavorsing, wat albei deur die National Science Foundation ondersteun word.
- Tom Fleischman, Cornell Universiteit