大多數機器人通過電動裝置實現抓握和触覺感應,這可能過於笨重和僵硬。 康奈爾大學的一個小組設計了一種方法,讓軟機器人能夠在內部感受周圍環境,就像人類一樣。
由機械和航空航天工程助理教授兼首席研究員 Robert Shepherd 領導的小組 有機機器人實驗室發表了一篇論文,描述了可拉伸光波導如何在柔軟的機器人手中充當曲率、伸長率和力傳感器。
博士生趙慧嬋為《通過可拉伸光波導的光電控制軟假手,”這是《科學機器人》首版的特色。 該論文於 6 月 XNUMX 日發表; Shepherd 實驗室的博士生 Kevin O'Brien 和 Shuo Li 也做出了貢獻。
“今天大多數機器人在身體外部都有傳感器,可以從表面檢測物體,”趙說。 “我們的傳感器集成在體內,因此它們實際上可以檢測到通過機器人厚度傳遞的力,就像我們和所有生物體在我們感到疼痛時所做的那樣。”
自 1970 年代初以來,光波導一直用於多種傳感功能,包括觸覺、位置和聲學。 製造最初是一個複雜的過程,但過去 20 年軟光刻和 3-D 打印的出現導致了彈性傳感器的發展,這些傳感器易於生產並集成到軟機器人應用中。
Shepherd 的小組採用四步軟光刻工藝來生產核心(光通過它傳播)和包層(波導的外表面),其中還包含 LED(發光二極管)和光電二極管。
假手變形越大,通過核心損失的光就越多。 由光電二極管檢測到的這種可變的光損失使假肢能夠“感知”其周圍環境。
“如果我們彎曲假肢時沒有光線丟失,我們將無法獲得有關傳感器狀態的任何信息,”Shepherd 說。 “損失的多少取決於它的彎曲方式。”
該小組使用其光電假肢執行各種任務,包括抓取和探測形狀和紋理。 最值得注意的是,這隻手能夠掃描三個西紅柿,並通過柔軟度確定哪個是最成熟的。
趙說,除了假肢之外,這項技術還有許多潛在用途,包括 Shepherd 已經探索過的仿生機器人。 梅森派克,機械與航空航天工程副教授, 用於太空探索.
“該項目沒有感官反饋,”Shepherd 在談到與 Peck 的合作時說,“但如果我們確實有傳感器,我們可以實時監測燃燒過程中的形狀變化 [通過水電解],並開發出更好的驅動序列來製造它移動得更快。”
軟機器人中光波導的未來工作將集中在提高感知能力上,部分是通過 3D 打印更複雜的傳感器形狀,以及將機器學習作為一種從數量增加的傳感器中解耦信號的方式。 “現在,”Shepherd 說,“很難確定觸摸的來源。”
這項工作得到了空軍科學研究辦公室的資助,並利用了 康奈爾納米級科學技術設施 和 康奈爾材料研究中心,這兩項都得到了美國國家科學基金會的支持。
- 湯姆·弗萊施曼, 康奈爾大學