Большасць робатаў дасягаюць захопу і тактыльнага адчування з дапамогай матарызаваных сродкаў, якія могуць быць празмерна грувасткімі і жорсткімі. Група з Карнельскага ўніверсітэта распрацавала спосаб, з дапамогай якога мяккі робат адчувае навакольнае асяроддзе ўнутрана, прыкладна гэтак жа, як гэта робяць людзі.
Група пад кіраўніцтвам Роберта Шэферда, дацэнта кафедры машынабудавання і аэракасмічнай тэхнікі і галоўнага даследчыка Лабараторыя арганічнай робататэхнікі, апублікаваў артыкул, у якім апісваецца, як расцяжныя аптычныя хваляводы дзейнічаюць як датчыкі крывізны, падаўжэння і сілы ў мяккай рабатызаванай руцэ.
Дактарант Хуэйчан Чжао з'яўляецца вядучым аўтарам кнігі "Мяккі пратэз рукі з оптаэлектроннай інервацыяй праз расцяжныя аптычныя хваляводы», які прадстаўлены ў дэбютным выпуску Science Robotics. Дакумент апублікаваны 6 снежня; таксама ўнеслі свой уклад дактаранты Кевін О'Браэн і Шуо Лі, абодва з лабараторыі Шеперда.
«Большасць сучасных робатаў маюць датчыкі на вонкавым боку цела, якія выяўляюць прадметы з паверхні», — сказаў Чжао. «Нашы датчыкі ўбудаваныя ў цела, таму яны сапраўды могуць выяўляць сілы, якія перадаюцца праз тоўшчу робата, вельмі падобна да таго, як мы і ўсе арганізмы робім, калі мы адчуваем боль, напрыклад».
Аптычныя хваляводы выкарыстоўваюцца з пачатку 1970-х для шматлікіх функцый зандзіравання, у тым ліку тактыльнага, месцазнаходжання і акустычнага. Першапачаткова выраб быў складаным працэсам, але з'яўленне за апошнія 20 гадоў мяккай літаграфіі і 3D-друку прывяло да распрацоўкі эластамерных датчыкаў, якія лёгка вырабляюцца і ўключаюцца ў мяккія рабатызаваныя праграмы.
Група Шеперда выкарыстала чатырохэтапны працэс мяккай літаграфіі, каб вырабіць стрыжань (праз які распаўсюджваецца святло) і абалонку (знешняя паверхня хвалявода), на якой таксама размешчаны святлодыёд (святлавыпрамяняльны дыёд) і фотадыёд.
Чым больш дэфармуецца пратэз рукі, тым больш святла губляецца праз стрыжань. Гэтая зменная страта святла, якую выяўляе фотадыёд, дазваляе пратэзу "адчуваць" наваколле.
«Калі б святло не гублялася, калі мы згінаем пратэз, мы б не атрымалі ніякай інфармацыі аб стане датчыка», — сказаў Шэферд. «Памер страты залежыць ад таго, як ён сагнуты».
Група выкарыстала свой оптаэлектронны пратэз для выканання розных задач, у тым ліку для захопу і прамацвання формы і тэкстуры. Асабліва характэрна, што рука змагла прасканаваць тры памідоры і па мяккасці вызначыць, які з іх самы саспелы.
Чжао сказаў, што гэтая тэхналогія мае мноства патэнцыйных ужыванняў, акрамя пратэзаў, у тым ліку робатаў, натхнёных біялогіяй, якія Shepherd даследаваў разам з Мэйсан Пек, дацэнт кафедры машынабудавання і аэракасмічнай тэхнікі, для выкарыстання ў даследаванні космасу.
«У гэтага праекта няма сэнсарнай зваротнай сувязі, - сказаў Шэферд, маючы на ўвазе супрацоўніцтва з Пекам, - але калі б у нас былі датчыкі, мы маглі б у рэальным часе сачыць за зменай формы падчас гарэння [праз электроліз вады] і распрацаваць лепшыя паслядоўнасці прывядзення ў дзеянне, каб зрабіць ён рухаецца хутчэй.»
Будучая праца над аптычнымі хваляводамі ў мяккай робататэхніцы будзе засяроджана на пашырэнні сэнсарных магчымасцей, часткова за кошт 3D-друку датчыкаў больш складанай формы і ўключэння машыннага навучання як спосабу развязкі сігналаў ад павялічанай колькасці датчыкаў. "Цяпер, - сказаў Шэферд, - цяжка вызначыць, адкуль ідзе дотык".
Гэтая праца была падтрымана грантам Упраўлення навуковых даследаванняў ВПС і выкарыстоўвала Навукова-тэхналагічны комплекс Cornell NanoScale і Корнельскі цэнтр даследаванняў матэрыялаў, абодва з якіх падтрымліваюцца Нацыянальным навуковым фондам.
- Том Флейшман, Карнельскі ўніверсітэт