Kebanyakan robot mencapai penderiaan cengkaman dan sentuhan melalui cara bermotor, yang boleh menjadi terlalu besar dan tegar. Kumpulan Universiti Cornell telah mencipta cara untuk robot lembut merasakan persekitarannya secara dalaman, dengan cara yang sama seperti yang dilakukan manusia.
Kumpulan yang diketuai oleh Robert Shepherd, penolong profesor kejuruteraan mekanikal dan aeroangkasa dan penyiasat utama Makmal Robotik Organik, telah menerbitkan kertas kerja yang menerangkan cara pandu gelombang optik boleh renggang bertindak sebagai penderia kelengkungan, pemanjangan dan daya dalam tangan robotik yang lembut.
Pelajar kedoktoran Huichan Zhao ialah pengarang utama “Tangan Prostetik Lembut yang Diperbaharui Secara Optoelektronik melalui Pandu Gelombang Optik Boleh Regang,” yang dipaparkan dalam edisi sulung Sains Robotik. Kertas itu diterbitkan 6 Disember; turut menyumbang ialah pelajar kedoktoran Kevin O'Brien dan Shuo Li, kedua-duanya dari makmal Shepherd.
"Kebanyakan robot hari ini mempunyai sensor di bahagian luar badan yang mengesan sesuatu dari permukaan," kata Zhao. "Penderia kami disepadukan dalam badan, jadi ia sebenarnya boleh mengesan daya yang dihantar melalui ketebalan robot, seperti yang kita dan semua organisma lakukan apabila kita merasa sakit, contohnya."
Pandu gelombang optik telah digunakan sejak awal 1970-an untuk pelbagai fungsi penderiaan, termasuk sentuhan, kedudukan dan akustik. Fabrikasi pada asalnya merupakan proses yang rumit, tetapi kemunculan litografi lembut dan pencetakan 20-D selama 3 tahun yang lalu telah membawa kepada pembangunan penderia elastomer yang mudah dihasilkan dan digabungkan ke dalam aplikasi robotik lembut.
Kumpulan Shepherd menggunakan proses litografi lembut empat langkah untuk menghasilkan teras (di mana cahaya merambat), dan pelapisan (permukaan luar pandu gelombang), yang juga menempatkan LED (diod pemancar cahaya) dan fotodiod.
Semakin banyak bentuk tangan prostetik, semakin banyak cahaya yang hilang melalui teras. Kehilangan cahaya yang berubah-ubah itu, seperti yang dikesan oleh fotodiod, adalah yang membolehkan prostesis untuk "merasakan" persekitarannya.
"Jika tiada cahaya hilang semasa kami membengkokkan prostesis, kami tidak akan mendapat sebarang maklumat tentang keadaan sensor," kata Shepherd. "Jumlah kerugian bergantung pada bagaimana ia bengkok."
Kumpulan itu menggunakan prostesis optoelektroniknya untuk melakukan pelbagai tugas, termasuk menggenggam dan menyelidik untuk kedua-dua bentuk dan tekstur. Paling ketara, tangan itu dapat mengimbas tiga tomato dan menentukan, dengan kelembutan, yang paling masak.
Zhao berkata teknologi ini mempunyai banyak kegunaan yang berpotensi melangkaui prostesis, termasuk robot yang diilhamkan oleh bio, yang telah diterokai oleh Shepherd bersama-sama Mason Peck, profesor bersekutu kejuruteraan mekanikal dan aeroangkasa, untuk digunakan dalam penerokaan angkasa lepas.
"Projek itu tidak mempunyai maklum balas deria," kata Shepherd, merujuk kepada kerjasama dengan Peck, "tetapi jika kami mempunyai penderia, kami boleh memantau dalam masa nyata perubahan bentuk semasa pembakaran [melalui elektrolisis air] dan membangunkan urutan penggerak yang lebih baik untuk membuat ia bergerak lebih pantas.”
Kerja masa hadapan mengenai pandu gelombang optik dalam robotik lembut akan menumpukan pada peningkatan keupayaan deria, sebahagiannya melalui pencetakan 3-D bentuk sensor yang lebih kompleks, dan dengan menggabungkan pembelajaran mesin sebagai cara menyahganding isyarat daripada bilangan penderia yang bertambah. "Sekarang ini," kata Shepherd, "sukar untuk menyetempatkan dari mana datangnya sentuhan."
Kerja ini disokong oleh geran daripada Pejabat Penyelidikan Saintifik Tentera Udara, dan menggunakan Kemudahan Sains dan Teknologi Cornell NanoScale dan juga Pusat Penyelidikan Bahan Cornell, kedua-duanya disokong oleh Yayasan Sains Kebangsaan.
- Tom Fleischman, Universiti Cornell