Rozciągliwy czujnik „skóry” zapewni robotom ludzkie wrażenia
Nie jest przesadą stwierdzenie, że rozciągliwe czujniki mogą zmienić sposób działania i odczuwania miękkich robotów. W rzeczywistości będą w stanie dużo czuć.
Naukowcy z Cornell University stworzyli czujnik światłowodowy, który łączy w sobie niedrogie diody LED i barwniki, czego wynikiem jest rozciągliwa „skóra”, która wykrywa odkształcenia, takie jak nacisk, zginanie i odkształcenia. Ten czujnik może dać miękkim systemom robotycznym – i każdemu, kto korzysta z technologii rzeczywistości rozszerzonej – możliwość odczuwania tych samych bogatych wrażeń dotykowych, od których zależą ssaki, aby poruszać się po świecie przyrody.
Naukowcy, kierowani przez Roba Shepherda, profesora nadzwyczajnego inżynierii mechanicznej i kosmicznej, pracują nad komercjalizacją technologii fizjoterapii i medycyny sportowej.
Ich artykuł „Rozciągliwe rozproszone czujniki światłowodowe”, opublikowany w Science. Współautorami artykułu są doktorant Hedan Bai i Shuo Li.
Inspiracja
Bai czerpał inspirację z rozproszonych czujników światłowodowych na bazie krzemionki i opracował rozciągliwy światłowód do wykrywania multimodalnego (SLIMS). Ta długa rurka zawiera parę poliuretanowych elastomerowych rdzeni. Jeden rdzeń jest przezroczysty; druga jest wypełniona absorbującymi barwnikami w wielu miejscach i łączy się z diodą LED. Każdy rdzeń jest połączony z czerwono-zielono-niebieskim chipem czujnika, który rejestruje geometryczne zmiany ścieżki optycznej światła.
Naukowcy zaprojektowali drukowaną w 3D rękawicę z czujnikiem SLIMS biegnącym wzdłuż każdego palca. Rękawica jest zasilana baterią litową i wyposażona w Bluetooth, dzięki czemu może przesyłać dane do podstawowego oprogramowania zaprojektowanego przez Bai, które rekonstruuje ruchy i odkształcenia rękawicy w czasie rzeczywistym.
Sposób działania
„W tej chwili wykrywanie odbywa się głównie za pomocą wizji” – powiedział Shepherd. „Rzadko kiedy mierzymy dotyk w prawdziwym życiu. Ta skóra to sposób, aby pozwolić sobie i maszynom mierzyć interakcje dotykowe w sposób, w jaki obecnie używamy kamer w naszych telefonach. Wykorzystuje wzrok do mierzenia dotyku. Jest to najwygodniejsze i praktyczny sposób, aby zrobić to w skalowalny sposób ”.
Bai i Shepherd współpracują z Centrum Licencjonowania Technologii Cornella w celu opatentowania technologii, mając na uwadze zastosowania w fizjoterapii i medycynie sportowej. Oba pola wykorzystywały technologię śledzenia ruchu, ale do tej pory brakowało im możliwości uchwycenia interakcji sił.
Naukowcy przyglądają się również sposobom, w jakie czujniki SLIMS mogą usprawnić korzystanie z wirtualnej i rozszerzonej rzeczywistości.
„Zanurzenie w rzeczywistości wirtualnej i rzeczywistości rozszerzonej opiera się na przechwytywaniu ruchu. Dotyku prawie nie ma” – powiedział Shepherd. „Załóżmy, że chcesz mieć symulację w rzeczywistości rozszerzonej, która nauczy Cię, jak naprawić samochód lub zmienić oponę. Jeśli masz rękawicę lub coś, co może mierzyć ciśnienie, a także ruch, ta wizualizacja w rzeczywistości rozszerzonej mogłaby powiedzieć:„ Włącz a potem przestań, żebyś nie dokręcał zbyt mocno nakrętek. Nie ma nic, co by to teraz robiło, ale jest to droga, by to zrobić ”.
Badania były wspierane przez National Science Foundation (NSF); Biuro Badań Naukowych Sił Powietrznych; Przyspieszenie i dojrzewanie technologii Cornell; Narodowy Instytut Żywności i Rolnictwa Departamentu Rolnictwa Stanów Zjednoczonych; i Office of Naval Research.
Naukowcy skorzystali z Cornell NanoScale Science and Technology Facility oraz Cornell Center for Materials Research, z których oba są wspierane przez NSF.
