Het grijpvermogen en de tastzin van de meeste robots wordt op gemotoriseerde wijze bereikt, wat erg onhandig en rigide kan zijn. Een onderzoeksgroep van de Cornell University heeft een manier bedacht waarop een zachte robot zijn omgeving intern kan aanvoelen op bijna dezelfde manier als mensen doen.
Onder leiding van Robert Shepherd, assistent-professor machinebouw en luchtvaarttechniek en hoofdonderzoeker van Organic Robotics Lab, heeft een onderzoeksgroep een werkdocument gepubliceerd dat beschrijft hoe rekbare optische golfgeleiders fungeren als krommings-, rek- en krachtsensoren in een zachte robothand.
Doctoraalstudent Huichan Zhao is hoofdauteur van 'Optoelectronically Innervated Soft Prosthetic Hand via Stretchable Optical Waveguides', gepubliceerd in de eerste editie van Science Robotics.
Zhao: "De meeste huidige robots hebben sensoren aan de buitenkant van het lichaam die aan het oppervlak waarnemen. Onze sensoren zijn in het lichaam geïntegreerd, zodat ze in feite krachten waarnemen die door de dichtheid van de robot heen worden doorgegeven, vergelijkbaar met mensen en met alle organismen, als we bijvoorbeeld pijn voelen."
Optische golfgeleiders worden sinds de vroege jaren '70 gebruikt voor diverse waarnemingsfuncties. Het maken ervan was oorspronkelijk een gecompliceerd proces, maar de opkomst van zachte lithografie en 3D printen in de laatste 20 jaar heeft geleid tot de ontwikkeling van elastomere sensoren die gemakkelijk geproduceerd worden en in een zachte robot kunnen worden verwerkt.
De groep van Shepherd paste een zacht lithogratieproces toe in vier stappen om de kern (die licht verspreidt) en de bekleding (buitenoppervlak van de golfgeleider), waar ook de LED ('light-emitting diode'; elektronische halfgeleidercomponent) en de fotodiode in zitten, te produceren.
Hoe meer de handprothese vervormt, hoe meer licht via de kern verloren gaat. Door dit variabele lichtverlies, waargenomen door de fotodiode, kan de prothese zijn omgeving 'voelen'.
"Als er geen licht verloren zou gaan bij het buigen van de prothese, zouden we geen informatie krijgen over de toestand van de sensor," zegt Shepherd. "De hoeveelheid verlies is afhankelijk van de kromming."
Tomatentest
De groep gebruikte hun opto-elektronische prothese om diverse taken uit te voeren, zoals grijpen en voelen naar zowel vorm als textuur. Het meest opmerkelijke was dat de hand in staat was om drie tomaten te scannen en via de zachtheid te bepalen welke de rijpste was.
Dit werk werd ondersteund door een subsidie van de 'Air Force Office of Scientific Research' en heeft gebruikgemaakt van de Cornell 'NanoScale Science and Technology Facility' en de Cornell 'Center for Materials Research', die beide worden ondersteund door de 'National Science Foundation'.
Bron: Cornell University