Flest vélmenni ná tökum og snertiskynjun með vélknúnum aðferðum, sem geta verið of fyrirferðarmikil og stíf. Hópur Cornell háskólans hefur fundið upp leið fyrir mjúkt vélmenni til að finna umhverfi sitt innra með sér, á svipaðan hátt og menn gera.
Hópur undir forystu Robert Shepherd, lektor í véla- og geimverkfræði og aðalrannsakandi Lífræn vélfærafræðistofa, hefur gefið út grein sem lýsir því hvernig teygjanlegir sjónbylgjuleiðarar virka sem sveigju-, lengingar- og kraftskynjarar í mjúkri vélfærahönd.
Doktorsnemi Huichan Zhao er aðalhöfundur „Mjúk gervihönd með inntaug í sjón með teygjanlegum sjónbylgjuleiðum“, sem er að finna í frumútgáfu Science Robotics. Blaðið sem kom út 6. desember; Doktorsnemar Kevin O'Brien og Shuo Li, báðir á rannsóknarstofu Shepherd, lögðu sitt af mörkum.
„Flest vélmenni í dag eru með skynjara utan á líkamanum sem skynja hluti frá yfirborðinu,“ sagði Zhao. „Nemar okkar eru samþættir í líkamanum, svo þeir geta í raun greint krafta sem berast í gegnum þykkt vélmennisins, svipað og við og allar lífverur gerum þegar við finnum fyrir sársauka, til dæmis.
Ljósbylgjuleiðarar hafa verið í notkun síðan snemma á áttunda áratugnum fyrir fjölmargar skynjunaraðgerðir, þar á meðal áþreifanlega, stöðu og hljóðeinangrun. Framleiðsla var upphaflega flókið ferli, en tilkoma á síðustu 1970 árum af mjúkri steinþrykk og 20-D prentun hefur leitt til þróunar á teygjanlegum skynjurum sem auðvelt er að framleiða og fella inn í mjúka vélfærafræði.
Shepherd's hópurinn notaði fjögurra þrepa mjúkt steinþrykkferli til að framleiða kjarnann (sem ljós dreifist í gegnum) og klæðninguna (ytra yfirborð bylgjuleiðarans), sem einnig hýsir LED (ljósdíóða) og ljósdíóða.
Því meira sem gervihöndin afmyndast, því meira ljós tapast í gegnum kjarnann. Þetta breytilega tap á ljósi, eins og ljósdíóðan greinir, er það sem gerir gervilimnum kleift að „skynja“ umhverfi sitt.
„Ef ekkert ljós tapaðist þegar við beygjum gervilið, myndum við ekki fá neinar upplýsingar um stöðu skynjarans,“ sagði Shepherd. „Upphæð tapsins er háð því hvernig það er beygt.
Hópurinn notaði gervibúnað sinn til að framkvæma margvísleg verkefni, þar á meðal að grípa og rannsaka bæði lögun og áferð. Helst var að höndin gat skannað þrjá tómata og ákvarðað, eftir mýkt, hver væri þroskastur.
Zhao sagði að þessi tækni ætti sér margar mögulegar notkunarmöguleika fyrir utan gervi, þar á meðal lífrænt vélmenni, sem Shepherd hefur kannað ásamt Mason Peck, dósent í véla- og geimverkfræði, til notkunar í geimkönnun.
„Þetta verkefni hefur enga skynjunarendurgjöf,“ sagði Shepherd og vísaði til samstarfsins við Peck, „en ef við hefðum skynjara gætum við fylgst með í rauntíma lögunbreytingunni við bruna [með rafgreiningu vatns] og þróað betri virkjunarraðir til að gera það hreyfist hraðar."
Framtíðarvinna við sjónbylgjuleiðara í mjúkri vélfærafræði mun einbeita sér að aukinni skyngetu, að hluta til með 3-D prentun flóknari skynjaraforma og með því að innleiða vélanám sem leið til að aftengja merki frá auknum fjölda skynjara. „Núna,“ sagði Shepherd, „er erfitt að staðsetja hvaðan snerting kemur.
Þessi vinna var styrkt með styrk frá Air Force Office of Scientific Research og nýtti sér Cornell NanoScale vísinda- og tækniaðstaða og Cornell miðstöð fyrir efnisrannsóknir, sem bæði eru studd af National Science Foundation.
- Tom Fleischman, Cornell háskólanum