Більшість роботів досягають захоплення та тактильного сприйняття за допомогою моторизованих засобів, які можуть бути надто громіздкими та жорсткими. Група Корнельського університету винайшла спосіб, за допомогою якого м’який робот відчуває навколишнє середовище приблизно так само, як це роблять люди.
Група під керівництвом Роберта Шеферда, доцента кафедри механічної та аерокосмічної інженерії та головного дослідника Лабораторія органічної робототехніки, опублікував статтю, в якій описується, як оптичні хвилеводи, що розтягуються, діють як датчики кривизни, подовження та сили в м’якій руці робота.
Докторант Huichan Zhao є головним автором “Оптоелектронно іннервований м’який протез руки через оптичні хвилеводи, що розтягуються”, яка представлена в дебютному випуску Science Robotics. Стаття опублікована 6 грудня; також брали участь докторанти Кевін О'Брайен і Шуо Лі, обидва з лабораторії Шеперда.
«Більшість сучасних роботів мають датчики на зовнішній стороні тіла, які виявляють речі з поверхні», — сказав Чжао. «Наші датчики інтегровані в тіло, тож вони можуть фактично виявляти сили, що передаються через товщину робота, подібно до того, як ми чи всі організми робимо, наприклад, коли відчуваємо біль».
Оптичні хвилеводи використовуються з початку 1970-х років для багатьох сенсорних функцій, включаючи тактильні, позиційні та акустичні. Спочатку виробництво було складним процесом, але поява за останні 20 років м’якої літографії та 3-D друку призвела до розробки еластомерних датчиків, які легко виготовляти та вбудовувати в м’які роботизовані програми.
Група Шеперда застосувала чотириетапний процес м’якої літографії для виготовлення серцевини (крізь яку поширюється світло) і оболонки (зовнішньої поверхні хвилеводу), на якій також розміщено світлодіод (світлодіод) і фотодіод.
Чим сильніше деформується протез руки, тим більше світла втрачається через сердечник. Ця змінна втрата світла, яку виявляє фотодіод, дозволяє протезу «відчувати» навколишнє середовище.
«Якби світло не втрачалося під час згинання протеза, ми б не отримували жодної інформації про стан датчика», — сказав Шеперд. «Обсяг втрат залежить від того, як він зігнутий».
Група використовувала свій оптоелектронний протез для виконання різноманітних завдань, включаючи захоплення та зондування форми та текстури. Найважливішим є те, що рука змогла просканувати три помідори та визначити за м’якістю, який був найстиглішим.
Чжао сказав, що ця технологія має багато потенційних застосувань, окрім протезів, включно з біоінспірованими роботами, які Шеперд досліджував разом з Мейсон Пек, доцент кафедри машинобудування та аерокосмічної техніки, для використання в дослідженні космосу.
«Цей проект не має сенсорного зворотного зв’язку, — сказав Шеферд, згадуючи про співпрацю з Пеком, — але якби у нас були датчики, ми могли б у режимі реального часу відстежувати зміну форми під час згоряння [через електроліз води] та розробити кращу послідовність дій, щоб зробити воно рухається швидше».
Майбутня робота над оптичними хвилеводами в м’якій робототехніці буде зосереджена на розширенні сенсорних можливостей, частково шляхом тривимірного друку більш складних форм датчиків і включення машинного навчання як способу роз’єднання сигналів від більшої кількості датчиків. «Зараз, — сказав Шеперд, — важко визначити, звідки походить дотик».
Ця робота була підтримана грантом Управління наукових досліджень ВПС і використала Науково-технічний центр Cornell NanoScale і Корнельський центр дослідження матеріалів, обидва з яких підтримуються Національним науковим фондом.
- Том Флейшман, Корнельський університет