რობოტების უმეტესობა აღიქვამს და ტაქტილურ შეგრძნებას მოტორიზებული საშუალებებით, რომლებიც შეიძლება იყოს ზედმეტად მოცულობითი და ხისტი. კორნელის უნივერსიტეტის ჯგუფმა შეიმუშავა საშუალება რბილი რობოტისთვის, რათა შინაგანად იგრძნოს გარემო, ისევე როგორც ადამიანები.
ჯგუფი, რომელსაც ხელმძღვანელობს რობერტ შეფერდი, ასისტენტ პროფესორი მექანიკის და აერონავტიკის ინჟინერიაში და მთავარი გამომძიებელი ორგანული რობოტიკის ლაბორატორია, გამოაქვეყნა ნაშრომი, რომელშიც აღწერილია, თუ როგორ მოქმედებენ ელასტიური ოპტიკური ტალღების გამტარები, როგორც გამრუდება, დრეკადობა და ძალის სენსორები რბილ რობოტულ ხელში.
დოქტორანტი ჰუიჩან ჟაო არის წიგნის მთავარი ავტორიოპტოელექტრონულად ინერვაციული რბილი ხელის პროთეზირება გაჭიმვადი ოპტიკური ტალღების საშუალებით”, რომელიც წარმოდგენილია Science Robotics-ის სადებიუტო გამოცემაში. ნაშრომი გამოქვეყნდა 6 დეკემბერს; ასევე წვლილი შეიტანეს დოქტორანტებმა კევინ ო'ბრაიენმა და შუო ლიმ, ორივე შეფერდის ლაბორატორიაში.
”დღეს რობოტების უმეტესობას აქვს სენსორები სხეულის გარედან, რომლებიც აღმოაჩენენ საგნებს ზედაპირიდან”, - თქვა ჟაომ. ”ჩვენი სენსორები ინტეგრირებულია სხეულში, ასე რომ მათ შეუძლიათ რეალურად აღმოაჩინონ ძალები, რომლებიც გადაეცემა რობოტის სისქეში, ისევე როგორც ჩვენ და ყველა ორგანიზმი, როდესაც ვგრძნობთ ტკივილს, მაგალითად.”
ოპტიკური ტალღების გამტარები გამოიყენება 1970-იანი წლების დასაწყისიდან მრავალი სენსორული ფუნქციისთვის, მათ შორის ტაქტილური, პოზიციური და აკუსტიკური. დამზადება თავდაპირველად რთული პროცესი იყო, მაგრამ ბოლო 20 წლის განმავლობაში რბილი ლითოგრაფიისა და 3-D ბეჭდვის გამოჩენამ განაპირობა ელასტომერული სენსორების განვითარება, რომლებიც ადვილად იწარმოება და შედის რბილ რობოტულ აპლიკაციაში.
Shepherd-ის ჯგუფმა გამოიყენა ოთხსაფეხურიანი რბილი ლითოგრაფიის პროცესი ბირთვის (რომლის მეშვეობითაც სინათლე გავრცელდება) და მოპირკეთების (ტალღების გამტარის გარე ზედაპირი), რომელშიც ასევე განთავსებულია LED (შუქის გამოსხივების დიოდი) და ფოტოდიოდი.
რაც უფრო მეტად დეფორმირდება ხელის პროთეზი, მით მეტი სინათლე იკარგება ბირთვში. სინათლის ცვლადი დაკარგვა, როგორც ეს გამოვლენილია ფოტოდიოდის მიერ, არის ის, რაც პროთეზს საშუალებას აძლევს "შეიგრძნოს" გარემო.
„პროთეზის მოხვევისას სინათლე რომ არ დაიკარგოს, სენსორის მდგომარეობის შესახებ ინფორმაციას ვერ მივიღებდით“, - თქვა შეფერდმა. ”ზარალის ოდენობა დამოკიდებულია იმაზე, თუ როგორ არის ის მოხრილი.”
ჯგუფმა გამოიყენა თავისი ოპტოელექტრონული პროთეზი სხვადასხვა დავალებების შესასრულებლად, მათ შორის ფორმისა და ტექსტურის დაჭერა და ზონდი. ყველაზე აღსანიშნავია, რომ ხელით შეძლო სამი პომიდვრის სკანირება და რბილობის მიხედვით განსაზღვრა, რომელი იყო ყველაზე მწიფე.
ჟაოს თქმით, ამ ტექნოლოგიას აქვს მრავალი პოტენციური გამოყენება პროთეზების მიღმა, მათ შორის ბიო-ინსპირირებული რობოტების ჩათვლით, რომლებიც Shepherd-მა გამოიკვლია. მეისონ პეკიმექანიკური და კოსმოსური ინჟინერიის ასოცირებული პროფესორი, კოსმოსის გამოკვლევისთვის გამოსაყენებლად.
”ამ პროექტს არ აქვს სენსორული გამოხმაურება,” - თქვა შეფერდმა პეკთან თანამშრომლობაზე, ”მაგრამ თუ გვექნებოდა სენსორები, ჩვენ შეგვეძლო რეალურ დროში დავაკვირდეთ წვის დროს ფორმის ცვლილებას [წყლის ელექტროლიზის საშუალებით] და შევიმუშავოთ უკეთესი გააქტიურების თანმიმდევრობა. ის უფრო სწრაფად მოძრაობს."
რბილ რობოტიკაში ოპტიკურ ტალღურ გამტარებებზე მომავალი მუშაობა ფოკუსირებული იქნება სენსორული შესაძლებლობების გაზრდაზე, ნაწილობრივ სენსორების უფრო რთული ფორმების 3-D ბეჭდვით და მანქანური სწავლის ჩართვის გზით, როგორც სენსორების გაზრდილი რაოდენობის სიგნალების გამოყოფის გზით. ”ახლა,” თქვა შეფერდმა, ”ძნელია ლოკალიზება, საიდან მოდის შეხება.”
ეს სამუშაო მხარდაჭერილი იყო საჰაერო ძალების სამეცნიერო კვლევების ოფისის გრანტით და გამოიყენა იგი Cornell NanoScale მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების დაწესებულება და კორნელის მასალების კვლევის ცენტრი, ორივე მათგანი მხარდაჭერილია ეროვნული სამეცნიერო ფონდის მიერ.
- ტომ ფლეიშმანიკორნელის უნივერსიტეტი