Τα περισσότερα ρομπότ επιτυγχάνουν σύλληψη και αίσθηση αφής μέσω μηχανοκίνητων μέσων, τα οποία μπορεί να είναι υπερβολικά ογκώδη και άκαμπτα. Μια ομάδα του Πανεπιστημίου Cornell επινόησε έναν τρόπο για ένα μαλακό ρομπότ να αισθάνεται το περιβάλλον του εσωτερικά, με τον ίδιο σχεδόν τρόπο που κάνουν οι άνθρωποι.
Μια ομάδα με επικεφαλής τον Robert Shepherd, επίκουρο καθηγητή μηχανολογίας και αεροδιαστημικής μηχανικής και κύριο ερευνητή Εργαστήριο Οργανικής Ρομποτικής, δημοσίευσε μια εργασία που περιγράφει πώς οι ελαστικοί οπτικοί κυματοδηγοί λειτουργούν ως αισθητήρες καμπυλότητας, επιμήκυνσης και δύναμης σε ένα μαλακό ρομποτικό χέρι.
Ο διδακτορικός φοιτητής Huichan Zhao είναι ο κύριος συγγραφέας του "Οπτικοηλεκτρονικά νευρωμένο μαλακό προσθετικό χέρι μέσω τεντώσιμων οπτικών κυματοδηγών», το οποίο παρουσιάζεται στην πρώτη έκδοση του Science Robotics. Η εφημερίδα δημοσιεύθηκε στις 6 Δεκεμβρίου. Επίσης συνεισέφεραν οι διδακτορικοί φοιτητές Kevin O'Brien και Shuo Li, και οι δύο από το εργαστήριο του Shepherd.
«Τα περισσότερα ρομπότ σήμερα έχουν αισθητήρες στο εξωτερικό του σώματος που ανιχνεύουν πράγματα από την επιφάνεια», είπε ο Zhao. «Οι αισθητήρες μας είναι ενσωματωμένοι στο σώμα, ώστε να μπορούν να ανιχνεύουν δυνάμεις που μεταδίδονται μέσω του πάχους του ρομπότ, όπως κάνουμε εμείς και όλοι οι οργανισμοί όταν αισθανόμαστε πόνο, για παράδειγμα».
Οι οπτικοί κυματοδηγοί χρησιμοποιούνται από τις αρχές της δεκαετίας του 1970 για πολλές λειτουργίες ανίχνευσης, όπως η απτική, η θέση και η ακουστική. Η κατασκευή ήταν αρχικά μια περίπλοκη διαδικασία, αλλά η έλευση της μαλακής λιθογραφίας και της τρισδιάστατης εκτύπωσης τα τελευταία 20 χρόνια οδήγησε στην ανάπτυξη ελαστομερών αισθητήρων που παράγονται εύκολα και ενσωματώνονται σε μια μαλακή ρομποτική εφαρμογή.
Η ομάδα του Shepherd χρησιμοποίησε μια διαδικασία μαλακής λιθογραφίας τεσσάρων βημάτων για να παράγει τον πυρήνα (μέσω του οποίου διαδίδεται το φως) και την επένδυση (εξωτερική επιφάνεια του κυματοδηγού), η οποία στεγάζει επίσης το LED (δίοδος εκπομπής φωτός) και τη φωτοδίοδο.
Όσο περισσότερο παραμορφώνεται το προσθετικό χέρι, τόσο περισσότερο φως χάνεται μέσω του πυρήνα. Αυτή η μεταβλητή απώλεια φωτός, όπως ανιχνεύεται από τη φωτοδίοδο, είναι που επιτρέπει στην πρόσθεση να «αισθανθεί» το περιβάλλον της.
«Εάν δεν χάθηκε φως όταν λυγίζουμε την πρόσθεση, δεν θα λαμβάναμε καμία πληροφορία για την κατάσταση του αισθητήρα», είπε ο Shepherd. "Το ποσό της απώλειας εξαρτάται από τον τρόπο με τον οποίο κάμπτεται."
Η ομάδα χρησιμοποίησε την οπτοηλεκτρονική πρόσθεσή της για να εκτελέσει μια ποικιλία εργασιών, συμπεριλαμβανομένης της σύλληψης και της ανίχνευσης τόσο για το σχήμα όσο και για την υφή. Το πιο αξιοσημείωτο ήταν ότι το χέρι ήταν σε θέση να σαρώσει τρεις ντομάτες και να καθορίσει, με βάση την απαλότητα, ποια ήταν η πιο ώριμη.
Ο Zhao είπε ότι αυτή η τεχνολογία έχει πολλές πιθανές χρήσεις πέρα από τις προσθέσεις, συμπεριλαμβανομένων των ρομπότ βιολογικής έμπνευσης, τα οποία ο Shepherd έχει εξερευνήσει μαζί με Μέισον Πεκ, αναπληρωτής καθηγητής μηχανολογίας και αεροδιαστημικής μηχανικής, για χρήση στην εξερεύνηση του διαστήματος.
«Αυτό το έργο δεν έχει αισθητηριακή ανάδραση», είπε ο Shepherd, αναφερόμενος στη συνεργασία με τον Peck, «αλλά αν είχαμε αισθητήρες, θα μπορούσαμε να παρακολουθήσουμε σε πραγματικό χρόνο την αλλαγή σχήματος κατά την καύση [μέσω ηλεκτρόλυσης νερού] και να αναπτύξουμε καλύτερες ακολουθίες ενεργοποίησης για να κάνουμε κινείται πιο γρήγορα».
Η μελλοντική εργασία στους οπτικούς κυματοδηγούς στην μαλακή ρομποτική θα επικεντρωθεί σε αυξημένες αισθητηριακές δυνατότητες, εν μέρει με την τρισδιάστατη εκτύπωση πιο περίπλοκων σχημάτων αισθητήρων και ενσωματώνοντας τη μηχανική μάθηση ως τρόπο αποσύνδεσης σημάτων από αυξημένο αριθμό αισθητήρων. «Αυτή τη στιγμή», είπε ο Shepherd, «είναι δύσκολο να εντοπίσεις από πού προέρχεται το άγγιγμα».
Αυτή η εργασία υποστηρίχθηκε με επιχορήγηση από το Γραφείο Επιστημονικής Έρευνας της Πολεμικής Αεροπορίας και αξιοποίησε το Cornell NanoScale Επιστημονική και τεχνολογική διευκόλυνση και την Cornell Center for Materials Research, τα οποία υποστηρίζονται από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών.
- Τομ Φλάισμαν, Πανεπιστήμιο Κορνέλ