La majoria dels robots aconsegueixen la presa i la detecció tàctil mitjançant mitjans motoritzats, que poden ser excessivament voluminosos i rígids. Un grup de la Universitat de Cornell ha ideat una manera perquè un robot suau senti el seu entorn internament, de la mateixa manera que ho fan els humans.
Un grup dirigit per Robert Shepherd, professor ajudant d'enginyeria mecànica i aeroespacial i investigador principal de Laboratori de robòtica orgànica, ha publicat un article que descriu com les guies d'ones òptiques estirables actuen com a sensors de curvatura, elongació i força en una mà robòtica suau.
L'estudiant de doctorat Huichan Zhao és l'autor principal de "Mà protèsica suau innervada optoelectrònicament mitjançant guies d'ones òptiques estirables”, que apareix a l'edició de debut de Science Robotics. El document publicat el 6 de desembre; També van contribuir els estudiants de doctorat Kevin O'Brien i Shuo Li, tots dos del laboratori de Shepherd.
"La majoria dels robots actuals tenen sensors a l'exterior del cos que detecten coses des de la superfície", va dir Zhao. "Els nostres sensors estan integrats dins del cos, de manera que poden detectar les forces que es transmeten a través del gruix del robot, com ho fem nosaltres i tots els organismes quan sentim dolor, per exemple".
Les guies d'ona òptiques s'utilitzen des de principis dels anys setanta per a nombroses funcions de detecció, com ara tàctil, posició i acústica. La fabricació va ser originalment un procés complicat, però l'arribada durant els darrers 1970 anys de la litografia suau i la impressió 20D ha donat lloc al desenvolupament de sensors elastomèrics que es produeixen i s'incorporen fàcilment a una aplicació robòtica suau.
El grup de Shepherd va utilitzar un procés de litografia suau de quatre passos per produir el nucli (a través del qual es propaga la llum) i el revestiment (superfície exterior de la guia d'ones), que també allotja el LED (díode emissor de llum) i el fotodíode.
Com més es deforma la mà protèsica, més llum es perd a través del nucli. Aquesta pèrdua variable de llum, tal com detecta el fotodíode, és la que permet a la pròtesi "sentir" el seu entorn.
"Si no es perdés llum quan dobleguem la pròtesi, no obtindríem cap informació sobre l'estat del sensor", va dir Shepherd. "La quantitat de pèrdua depèn de com es doblegui".
El grup va utilitzar la seva pròtesi optoelectrònica per realitzar una varietat de tasques, incloent agafar i sondejar tant la forma com la textura. Sobretot, la mà va poder escanejar tres tomàquets i determinar, per suavitat, quin era el més madur.
Zhao va dir que aquesta tecnologia té molts usos potencials més enllà de les pròtesis, inclosos els robots bio-inspirats, que Shepherd ha explorat juntament amb Mason Peck, professor associat d'enginyeria mecànica i aeroespacial, per al seu ús en l'exploració espacial.
"Aquest projecte no té cap retroalimentació sensorial", va dir Shepherd, referint-se a la col·laboració amb Peck, "però si tinguéssim sensors, podríem controlar en temps real el canvi de forma durant la combustió [a través de l'electròlisi de l'aigua] i desenvolupar millors seqüències d'actuació per fer es mou més ràpid".
El treball futur sobre guies d'ona òptiques en robòtica suau se centrarà en l'augment de les capacitats sensorials, en part mitjançant la impressió en 3D de formes de sensors més complexes i incorporant l'aprenentatge automàtic com a forma de desacoblar els senyals d'un nombre més gran de sensors. "Ara mateix", va dir Shepherd, "és difícil localitzar d'on prové un toc".
Aquest treball va comptar amb el suport d'una subvenció de l'Oficina d'Investigació Científica de la Força Aèria i va fer ús del Centre de ciència i tecnologia de Cornell NanoScale i la Cornell Center for Materials Research, ambdós amb el suport de la National Science Foundation.
- Tom Fleischman, Universitat de Cornell