Hầu hết các robot đều đạt được khả năng nắm bắt và cảm nhận xúc giác thông qua các phương tiện cơ giới, có thể quá cồng kềnh và cứng nhắc. Một nhóm của Đại học Cornell đã nghĩ ra một cách để robot mềm có thể cảm nhận được môi trường xung quanh bên trong nó, giống như cách con người làm.
Một nhóm dẫn đầu bởi Robert Shepherd, trợ lý giáo sư về kỹ thuật cơ khí và hàng không vũ trụ và là nhà nghiên cứu chính của Phòng thí nghiệm Robot hữu cơ, đã xuất bản một bài báo mô tả cách các ống dẫn sóng quang có thể co giãn hoạt động như các cảm biến độ cong, độ giãn dài và lực trong một bàn tay robot mềm.
Nghiên cứu sinh Huichan Zhao là tác giả chính của “Bàn tay giả mềm được bảo vệ bằng quang điện tử thông qua ống dẫn sóng quang có thể kéo dài,” được giới thiệu trong ấn bản đầu tiên của Science Robotics. Bài báo xuất bản ngày 6 tháng XNUMX; cùng đóng góp còn có các nghiên cứu sinh tiến sĩ Kevin O'Brien và Shuo Li, cả hai đều thuộc phòng thí nghiệm của Shepherd.
Zhao nói: “Hầu hết các robot ngày nay đều có cảm biến bên ngoài cơ thể để phát hiện mọi thứ từ bề mặt. “Các cảm biến của chúng tôi được tích hợp bên trong cơ thể, vì vậy chúng thực sự có thể phát hiện các lực được truyền qua độ dày của robot, giống như chúng ta và tất cả các sinh vật làm khi chúng ta cảm thấy đau chẳng hạn.”
Ống dẫn sóng quang học đã được sử dụng từ đầu những năm 1970 cho nhiều chức năng cảm biến, bao gồm xúc giác, vị trí và âm thanh. Việc chế tạo ban đầu là một quá trình phức tạp, nhưng sự ra đời của kỹ thuật in thạch bản mềm và in 20-D trong 3 năm qua đã dẫn đến sự phát triển của các cảm biến đàn hồi dễ dàng được sản xuất và tích hợp vào ứng dụng robot mềm.
Nhóm của Shepherd đã sử dụng quy trình in thạch bản mềm gồm bốn bước để tạo ra lõi (qua đó ánh sáng truyền đi) và lớp bọc (bề mặt bên ngoài của ống dẫn sóng), nơi cũng chứa đèn LED (điốt phát sáng) và điốt quang.
Bàn tay giả càng biến dạng thì ánh sáng bị mất qua lõi càng nhiều. Sự mất ánh sáng có thể thay đổi đó, được phát hiện bởi photodiode, là yếu tố cho phép bộ phận giả “cảm nhận” được môi trường xung quanh.
Shepherd cho biết: “Nếu ánh sáng không bị mất khi chúng tôi uốn cong bộ phận giả, chúng tôi sẽ không nhận được bất kỳ thông tin nào về trạng thái của cảm biến. “Mức độ tổn thất phụ thuộc vào việc nó bị uốn cong như thế nào.”
Nhóm đã sử dụng bộ phận giả quang điện tử của mình để thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau, bao gồm cả việc nắm và thăm dò cả hình dạng và kết cấu. Đáng chú ý nhất, bàn tay có thể quét ba quả cà chua và xác định độ mềm của quả cà chua là chín nhất.
Zhao cho biết công nghệ này còn có nhiều ứng dụng tiềm năng ngoài chân tay giả, bao gồm cả robot lấy cảm hứng từ sinh học mà Shepherd đã cùng khám phá. Mason Peck, phó giáo sư kỹ thuật cơ khí và hàng không vũ trụ, để sử dụng trong thám hiểm không gian.
“Dự án đó không có phản hồi cảm giác,” Shepherd nói, đề cập đến sự hợp tác với Peck, “nhưng nếu chúng tôi có cảm biến, chúng tôi có thể theo dõi sự thay đổi hình dạng trong thời gian thực trong quá trình đốt cháy [thông qua điện phân nước] và phát triển các trình tự truyền động tốt hơn để tạo ra nó di chuyển nhanh hơn.”
Công việc trong tương lai về ống dẫn sóng quang trong robot mềm sẽ tập trung vào khả năng cảm nhận tăng lên, một phần bằng cách in 3-D các hình dạng cảm biến phức tạp hơn và bằng cách kết hợp học máy như một cách tách tín hiệu từ số lượng cảm biến ngày càng tăng. “Ngay bây giờ,” Shepherd nói, “thật khó để xác định vị trí của một cú chạm.”
Công trình này được hỗ trợ bởi một khoản trợ cấp từ Văn phòng Nghiên cứu Khoa học của Không quân và đã sử dụng Cơ sở Khoa học và Công nghệ Quy mô Nano Cornell và Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Cornell, cả hai đều được hỗ trợ bởi Quỹ khoa học quốc gia.
- Tom Fleischman, Đại học Cornell