Lielākā daļa robotu satveršanas un taustes sensorus panāk, izmantojot motorizētus līdzekļus, kas var būt pārāk apjomīgi un stingri. Kornela universitātes grupa ir izstrādājusi veidu, kā mīksts robots var iekšēji sajust savu apkārtni, līdzīgi kā cilvēki.
Grupa, kuru vadīja Roberts Šeperds, mehāniskās un kosmosa inženierijas docents un galvenais pētnieks Organiskās robotikas laboratorija, ir publicējis rakstu, kurā aprakstīts, kā elastīgi optiskie viļņvadi darbojas kā izliekuma, pagarinājuma un spēka sensori mīkstā robotizētā rokā.
Doktorants Huichan Zhao ir galvenais autorsOptoelektroniski inervēta mīksta roku protezēšana ar izstiepjamiem optiskiem viļņvadiem”, kas ir iekļauts Science Robotics debijas izdevumā. Raksts publicēts 6. decembrī; savu ieguldījumu sniedza arī Shepherd laboratorijas doktoranti Kevins O'Braiens un Shuo Li.
"Lielākajai daļai robotu mūsdienās ir sensori ķermeņa ārpusē, kas nosaka lietas no virsmas," sacīja Džao. "Mūsu sensori ir integrēti ķermenī, tāpēc tie faktiski var noteikt spēkus, kas tiek pārnesti caur robota biezumu, līdzīgi kā mēs un visi organismi, piemēram, kad jūtam sāpes."
Optiskie viļņvadi ir izmantoti kopš 1970. gadu sākuma daudzām sensoru funkcijām, tostarp taustes, pozicionēšanas un akustiskām funkcijām. Sākotnēji izgatavošana bija sarežģīts process, taču mīkstās litogrāfijas un 20-D drukas ieviešana pēdējos 3 gados ir novedusi pie elastomēru sensoru izstrādes, kas ir viegli ražojami un iekļaujami mīkstā robotizētā lietojumprogrammā.
Shepherd's grupa izmantoja četrpakāpju mīksto litogrāfijas procesu, lai izveidotu serdi (caur kuru izplatās gaisma) un apšuvumu (viļņvada ārējo virsmu), kurā atrodas arī LED (gaismas diode) un fotodiode.
Jo vairāk deformējas protēzes roka, jo vairāk gaismas tiek zaudēts caur serdi. Šis mainīgais gaismas zudums, ko nosaka fotodiode, ir tas, kas ļauj protēzei “sajust” savu apkārtni.
"Ja, saliekot protēzi, nepazustu gaisma, mēs nesaņemtu nekādu informāciju par sensora stāvokli," sacīja Šeperds. "Zaudējumu apjoms ir atkarīgs no tā, kā tas ir saliekts."
Grupa izmantoja savu optoelektronisko protēzi, lai veiktu dažādus uzdevumus, tostarp satvertu un zondētu gan formu, gan tekstūru. Vissvarīgākais ir tas, ka roka spēja noskenēt trīs tomātus un pēc mīkstuma noteikt, kurš bija visgatavākais.
Džao sacīja, ka šai tehnoloģijai ir daudz potenciālu lietojumu, ne tikai protēzes, tostarp bioloģiski iedvesmoti roboti, kurus Shepherd ir izpētījis kopā ar Meisons Peks, mehāniskās un kosmosa inženierijas asociētais profesors, izmantošanai kosmosa izpētē.
"Šim projektam nav sensoru atgriezeniskās saites," sacīja Šeperds, atsaucoties uz sadarbību ar Peku, "taču, ja mums būtu sensori, mēs varētu reāllaikā uzraudzīt formas izmaiņas degšanas laikā [ar ūdens elektrolīzi] un izstrādāt labākas iedarbināšanas secības tas kustas ātrāk."
Turpmākais darbs pie optiskajiem viļņvadiem mīkstajā robotikā koncentrēsies uz palielinātām maņu spējām, daļēji drukājot 3-D sarežģītākas sensoru formas un iekļaujot mašīnmācīšanos kā veidu, kā atsaistīt signālus no palielināta sensoru skaita. "Šobrīd," sacīja Šeperds, "ir grūti noteikt, no kurienes nāk pieskāriens."
Šis darbs tika atbalstīts ar Gaisa spēku Zinātniskās pētniecības biroja dotāciju, un tas tika izmantots Kornela nanomēroga zinātnes un tehnoloģiju fonds un Kornela Materiālu izpētes centrs, kuras abus atbalsta Nacionālais zinātnes fonds.
Sākot no Toms Fleišmans, Kornela universitāte