大多数机器人通过机动方式实现抓取和触觉感知,但这种方式可能过于笨重和僵化。康奈尔大学的一个研究小组设计了一种让软机器人能够在内部感知周围环境的方法,就像人类一样。
由机械与航空航天工程助理教授兼首席研究员罗伯特·谢泼德(Robert Shepherd)领导的小组 有机机器人实验室发表了一篇论文,描述了可拉伸光波导如何在软机器人手中充当曲率、伸长率和力传感器。
博士生赵慧婵是《通过可拉伸光波导的光电控制软假手,”这是《科学机器人》首版中的特色内容。该论文于 6 月 XNUMX 日发表;同样做出贡献的还有 Shepherd 实验室的博士生 Kevin O'Brien 和 Shuo Li。
“如今,大多数机器人都在身体外部配备了传感器,可以从表面检测物体,”赵说。 “我们的传感器集成在体内,因此它们实际上可以检测到通过机器人厚度传递的力,就像我们和所有生物体在感到疼痛时所做的那样。”
自 1970 世纪 20 年代初起,光波导就被用于多种传感功能,包括触觉、位置和声学。制造原本是一个复杂的过程,但过去 3 年软光刻和 XNUMXD 打印的出现促进了弹性体传感器的发展,这些传感器可以轻松生产并整合到软机器人应用中。
Shepherd 的团队采用四步软光刻工艺来生产核心(光通过其传播)和包层(波导的外表面),包层还装有 LED(发光二极管)和光电二极管。
假手变形越大,通过核心损失的光就越多。光电二极管检测到的可变光损失使假肢能够“感知”周围环境。
“如果我们弯曲假肢时没有光线丢失,我们就无法获得有关传感器状态的任何信息,”谢泼德说。 “损失的大小取决于它的弯曲方式。”
该小组使用其光电假肢执行各种任务,包括抓取和探测形状和纹理。最值得注意的是,这只手能够扫描三个西红柿,并根据柔软程度确定哪个是最成熟的。
赵说,除了假肢之外,这项技术还有许多潜在用途,包括仿生机器人,谢泼德和谢泼德一起探索了这一领域。 梅森·佩克,机械与航空航天工程副教授, 用于太空探索.
“该项目没有感官反馈,”谢泼德在谈到与佩克的合作时说道,“但如果我们确实有传感器,我们就可以[通过水电解]实时监测燃烧过程中的形状变化,并开发更好的驱动序列,以它移动得更快。”
软机器人中光波导的未来工作将侧重于增强感知能力,部分方法是通过 3D 打印更复杂的传感器形状,以及将机器学习作为从数量增加的传感器中解耦信号的一种方式。 “现在,”谢泼德说,“很难确定触摸是从哪里来的。”
这项工作得到了空军科学研究办公室的资助,并利用了 康奈尔纳米科技设施 和 康奈尔材料研究中心,两者均得到国家科学基金会的支持。
- 汤姆·弗莱施曼, 康奈尔大学