Karamihan sa mga robot ay nakakakuha ng grasping at tactile sensing sa pamamagitan ng mga motorized na paraan, na maaaring maging napakalaki at matigas. Isang grupo ng Cornell University ang gumawa ng paraan para maramdaman ng malambot na robot ang paligid nito sa loob, sa parehong paraan na nararamdaman ng mga tao.
Isang grupo na pinamumunuan ni Robert Shepherd, assistant professor ng mechanical at aerospace engineering at principal investigator ng Organic Robotics Lab, ay nag-publish ng isang papel na naglalarawan kung paano kumikilos ang mga stretchable optical waveguides bilang curvature, elongation at force sensor sa isang malambot na robotic na kamay.
Ang mag-aaral ng doktor na si Huichan Zhao ay nangungunang may-akda ng "Optoelectronically Innervated Soft Prosthetic Hand sa pamamagitan ng Stretchable Optical Waveguides,” na itinampok sa debut na edisyon ng Science Robotics. Ang papel na inilathala noong Disyembre 6; Nag-ambag din ang mga mag-aaral ng doktor na sina Kevin O'Brien at Shuo Li, kapwa ng Shepherd's lab.
"Karamihan sa mga robot ngayon ay may mga sensor sa labas ng katawan na nakakakita ng mga bagay mula sa ibabaw," sabi ni Zhao. "Ang aming mga sensor ay isinama sa loob ng katawan, kaya maaari nilang makita ang mga puwersa na ipinapadala sa pamamagitan ng kapal ng robot, tulad ng ginagawa namin at ng lahat ng mga organismo kapag nakakaramdam kami ng sakit, halimbawa."
Ang mga optical waveguides ay ginagamit mula noong unang bahagi ng 1970s para sa maraming sensing function, kabilang ang tactile, position at acoustic. Ang paggawa ay orihinal na isang kumplikadong proseso, ngunit ang pagdating sa nakalipas na 20 taon ng malambot na lithography at 3-D na pag-print ay humantong sa pagbuo ng mga elastomeric sensor na madaling ginawa at isinama sa isang malambot na robotic application.
Gumamit ang grupo ng Shepherd ng apat na hakbang na soft lithography na proseso upang makagawa ng core (kung saan dumadami ang liwanag), at ang cladding (outer surface ng waveguide), na naglalaman din ng LED (light-emitting diode) at photodiode.
Kung mas nade-deform ang prosthetic na kamay, mas maraming liwanag ang nawawala sa core. Ang variable na pagkawala ng liwanag, gaya ng nakita ng photodiode, ang nagpapahintulot sa prosthesis na "maramdaman" ang paligid nito.
"Kung walang ilaw na nawala kapag binaluktot namin ang prosthesis, hindi kami makakakuha ng anumang impormasyon tungkol sa estado ng sensor," sabi ni Shepherd. "Ang halaga ng pagkawala ay nakasalalay sa kung paano ito baluktot."
Ginamit ng grupo ang optoelectronic prosthesis nito upang magsagawa ng iba't ibang gawain, kabilang ang paghawak at pagsisiyasat para sa parehong hugis at texture. Ang pinaka-kapansin-pansin, ang kamay ay nakapag-scan ng tatlong kamatis at natukoy, sa pamamagitan ng lambot, kung saan ang pinakahinog.
Sinabi ni Zhao na ang teknolohiyang ito ay may maraming potensyal na paggamit sa kabila ng mga prostheses, kabilang ang mga bio-inspired na robot, na sinaliksik ng Shepherd kasama ng Mason Peck, associate professor ng mechanical at aerospace engineering, para gamitin sa paggalugad sa kalawakan.
"Ang proyektong iyon ay walang pandama na feedback," sabi ni Shepherd, na tumutukoy sa pakikipagtulungan sa Peck, "ngunit kung mayroon kaming mga sensor, maaari naming subaybayan sa totoong oras ang pagbabago ng hugis sa panahon ng pagkasunog [sa pamamagitan ng electrolysis ng tubig] at bumuo ng mas mahusay na mga pagkakasunud-sunod ng actuation upang gawin mas mabilis itong kumilos."
Ang hinaharap na trabaho sa optical waveguides sa malambot na robotics ay tututuon sa mas mataas na kakayahan ng pandama, sa bahagi sa pamamagitan ng 3-D na pag-print ng mas kumplikadong mga hugis ng sensor, at sa pamamagitan ng pagsasama ng machine learning bilang isang paraan ng pag-decoupling ng mga signal mula sa tumaas na bilang ng mga sensor. "Sa ngayon," sabi ni Shepherd, "mahirap i-localize kung saan nanggagaling ang isang touch."
Ang gawaing ito ay sinusuportahan ng isang grant mula sa Air Force Office of Scientific Research, at ginamit ang Cornell NanoScale Science and Technology Pasilidad at ang Cornell Center para sa Materyal na Pananaliksik, na parehong sinusuportahan ng National Science Foundation.
- Tom Fleischman, Cornell University