ほとんどのロボットは、非常にかさばり、剛性が高い電動式の手段によって、握りと触覚の感知を実現します。 コーネル大学のグループは、人間とほぼ同じように、ソフトロボットがその周囲を内部で感じる方法を考案しました。
機械および航空宇宙工学の助教授であり、 有機ロボティクスラボは、伸縮性のある光導波路がソフトロボットの手で曲率、伸び、力のセンサーとしてどのように機能するかを説明する論文を発表しました。
博士課程の学生HuichanZhaoは、「伸縮性のある光導波路を介した光電子的に神経支配された柔らかい義手、」は、サイエンスロボティクスのデビュー版で紹介されています。 6月XNUMX日に発表された論文。 また、シェパードの研究室である博士課程の学生であるケビン・オブライエンとシュオ・リーも貢献しました。
「今日のほとんどのロボットは、体の外側に表面から物を検出するセンサーを備えています」と趙氏は言います。 「私たちのセンサーは体内に統合されているため、たとえば痛みを感じたときに私たちやすべての生物が行うのと同じように、ロボットの厚みを介して伝達される力を実際に検出できます。」
光導波路は、1970年代初頭から、触覚、位置、音響などの多くのセンシング機能に使用されてきました。 製造は元々複雑なプロセスでしたが、過去20年間のソフトリソグラフィーと3D印刷の出現により、簡単に製造してソフトロボットアプリケーションに組み込むことができるエラストマーセンサーが開発されました。
シェパードのグループは、XNUMX段階のソフトリソグラフィープロセスを使用して、コア(光が伝播する)と、LED(発光ダイオード)とフォトダイオードを収容するクラッド(導波路の外面)を製造しました。
義手が変形すればするほど、コアから失われる光が多くなります。 フォトダイオードによって検出される光のその変動する損失は、プロテーゼがその周囲を「感知」することを可能にするものです。
「プロテーゼを曲げたときに光が失われなければ、センサーの状態に関する情報は得られません」とシェパード氏は述べています。 「損失の量は、それがどのように曲がっているのかに依存します。」
このグループは、オプトエレクトロニクスプロテーゼを使用して、形状とテクスチャの両方の把握とプロービングを含むさまざまなタスクを実行しました。 最も注目すべきは、手がXNUMXつのトマトをスキャンし、柔らかさによってどれが最も熟しているかを判断することができたことです。
趙氏は、この技術には、シェパードが一緒に探求した生物に触発されたロボットを含む、義肢を超えた多くの潜在的な用途があると述べた メイソンペック、機械および航空宇宙工学の准教授、 宇宙探査で使用するため.
「そのプロジェクトには感覚的なフィードバックがありません」とシェパード氏はペックとのコラボレーションについて言及しました。「しかし、センサーがあれば、燃焼中の形状変化をリアルタイムで監視し、より良い作動シーケンスを開発してより速く動きます。」
ソフトロボティクスにおける光導波路の今後の作業は、より複雑なセンサー形状を3D印刷することや、増加したセンサーから信号を分離する方法として機械学習を組み込むことにより、センサー機能の向上に焦点を当てます。 「今のところ、タッチがどこから来ているのかを特定するのは難しい」とシェパードは語った。
この作品は、空軍科学研究局からの助成金によってサポートされ、 コーネルナノスケール科学技術施設 と コーネル材料研究センター、どちらも国立科学財団によってサポートされています。
- トム・フライシュマン、コーネル大学