De fleste robotter opnår greb og taktil sansning gennem motoriserede midler, som kan være alt for omfangsrige og stive. En gruppe fra Cornell University har udtænkt en måde, hvorpå en blød robot kan føle sine omgivelser internt, på nogenlunde samme måde som mennesker gør.
En gruppe ledet af Robert Shepherd, assisterende professor i mekanisk og rumfartsteknik og hovedefterforsker af Økologisk Robotics Lab, har udgivet et papir, der beskriver, hvordan strækbare optiske bølgeledere fungerer som krumnings-, forlængelses- og kraftsensorer i en blød robothånd.
Doktorand Huichan Zhao er hovedforfatter af "Optoelektronisk innerveret blød håndprotese via strækbare optiske bølgeledere,” som er med i debutudgaven af Science Robotics. Bladet udgivet 6. december; også medvirkende var ph.d.-studerende Kevin O'Brien og Shuo Li, begge fra Shepherds laboratorium.
"De fleste robotter i dag har sensorer på ydersiden af kroppen, der registrerer ting fra overfladen," sagde Zhao. "Vores sensorer er integreret i kroppen, så de faktisk kan registrere kræfter, der overføres gennem robottens tykkelse, meget ligesom vi og alle organismer gør, når vi for eksempel føler smerte."
Optiske bølgeledere har været i brug siden begyndelsen af 1970'erne til adskillige sansefunktioner, herunder taktile, positions- og akustiske. Fremstilling var oprindeligt en kompliceret proces, men fremkomsten i løbet af de sidste 20 år med blød litografi og 3-D print har ført til udvikling af elastomere sensorer, der nemt kan produceres og integreres i en blød robotapplikation.
Shepherds gruppe brugte en fire-trins blød litografiproces til at producere kernen (gennem hvilken lys forplanter sig) og beklædningen (ydre overflade af bølgelederen), som også huser LED'en (lysemitterende diode) og fotodioden.
Jo mere håndprotesen deformeres, jo mere lys går der tabt gennem kernen. Det variable lystab, som detekteres af fotodioden, er det, der tillader protesen at "fornemme" sine omgivelser.
"Hvis intet lys gik tabt, når vi bøjer protesen, ville vi ikke få nogen information om sensorens tilstand," sagde Shepherd. "Størrelsen af tabet afhænger af, hvordan det er bøjet."
Gruppen brugte sin optoelektroniske protese til at udføre en række opgaver, herunder at gribe og sondere for både form og tekstur. Mest bemærkelsesværdigt var hånden i stand til at scanne tre tomater og bestemme, ved blødhed, hvem der var den mest modne.
Zhao sagde, at denne teknologi har mange potentielle anvendelser ud over proteser, herunder bio-inspirerede robotter, som Shepherd har udforsket sammen med Mason Peck, lektor i maskin- og rumfartsteknik, til brug ved udforskning af rummet.
"Dette projekt har ingen sensorisk feedback," sagde Shepherd med henvisning til samarbejdet med Peck, "men hvis vi havde sensorer, kunne vi i realtid overvåge formændringen under forbrændingen [gennem vandelektrolyse] og udvikle bedre aktiveringssekvenser for at lave det bevæger sig hurtigere."
Fremtidigt arbejde med optiske bølgeledere i blød robotteknologi vil fokusere på øgede sensoriske evner, dels ved at 3-D printe mere komplekse sensorformer og ved at inkorporere maskinlæring som en måde at afkoble signaler fra et øget antal sensorer. "Lige nu," sagde Shepherd, "det er svært at lokalisere, hvor en berøring kommer fra."
Dette arbejde blev støttet af et tilskud fra Air Force Office of Scientific Research og gjorde brug af Cornell NanoScale Science and Technology Facility og Cornell Center for Materialeforskning, som begge er støttet af National Science Foundation.
— Tom Fleischman, Cornell University