대부분의 로봇은 지나치게 부피가 크고 단단할 수 있는 전동 수단을 통해 잡기 및 촉각 감지를 달성합니다. 코넬 대학 그룹은 인간과 거의 같은 방식으로 소프트 로봇이 주변 환경을 내부적으로 느낄 수 있는 방법을 고안했습니다.
기계 및 항공 우주 공학 조교수이자 유기로봇 연구실은 신축성 있는 광학 도파관이 부드러운 로봇 손에서 곡률, 신장 및 힘 센서로 어떻게 작용하는지 설명하는 논문을 발표했습니다.
박사 과정 학생 Huichan Zhao "의 주 저자신축성 있는 광 도파관을 통한 광전자적으로 신경이 작용하는 부드러운 의수," 사이언스 로보틱스의 데뷔판에 실린 내용입니다. 6월 XNUMX일에 출판된 논문; Shepherd's lab의 박사 과정 학생인 Kevin O'Brien과 Shuo Li도 기여했습니다.
Zhao는 “오늘날 대부분의 로봇에는 신체 외부에 센서가 있어 표면에서 사물을 감지합니다. "우리의 센서는 신체에 통합되어 있으므로 예를 들어 우리와 모든 유기체가 고통을 느낄 때와 마찬가지로 로봇의 두께를 통해 전달되는 힘을 실제로 감지할 수 있습니다."
광학 도파관은 촉각, 위치 및 음향을 포함한 수많은 감지 기능을 위해 1970년대 초반부터 사용되어 왔습니다. 제조는 원래 복잡한 프로세스였지만 지난 20년 동안 소프트 리소그래피 및 3D 프린팅의 출현으로 인해 쉽게 생산되고 소프트 로봇 애플리케이션에 통합되는 엘라스토머 센서가 개발되었습니다.
Shepherd의 그룹은 XNUMX단계 소프트 리소그래피 프로세스를 사용하여 코어(빛이 전달됨)와 클래딩(도파관의 외부 표면)을 생산하며 여기에는 LED(발광 다이오드)와 포토다이오드도 포함됩니다.
의수가 더 많이 변형될수록 코어를 통해 더 많은 빛이 손실됩니다. 포토다이오드에 의해 감지되는 가변적인 빛의 손실은 보철물이 주변 환경을 "감지"할 수 있게 해주는 것입니다.
Shepherd는 "의수를 구부릴 때 빛이 손실되지 않으면 센서 상태에 대한 정보를 얻지 못할 것입니다."라고 말했습니다. "손실량은 구부러진 정도에 따라 다릅니다."
이 그룹은 형태와 질감 모두를 파악하고 조사하는 것을 포함하여 다양한 작업을 수행하기 위해 광전자 보철물을 사용했습니다. 가장 주목할 만한 점은 손이 세 개의 토마토를 스캔하고 부드러움으로 가장 잘 익은 토마토를 결정할 수 있다는 것입니다.
Zhao는 이 기술이 의수 외에도 Shepherd가 함께 탐구한 생체모방 로봇을 포함하여 많은 잠재적 용도가 있다고 말했습니다. 메이슨 펙, 기계 및 항공 우주 공학 부교수, 우주 탐사에 사용.
Shepherd는 Peck과의 협업을 언급하면서 "그 프로젝트에는 감각 피드백이 없습니다. 하지만 센서가 있다면 연소 중 형태 변화를 실시간으로 모니터링하고 [수전해를 통해] 더 나은 작동 시퀀스를 개발하여 더 빨리 움직인다."
소프트 로봇 공학의 광 도파관에 대한 향후 작업은 부분적으로 더 복잡한 센서 모양을 3D 인쇄하고 증가된 수의 센서에서 신호를 분리하는 방법으로 기계 학습을 통합함으로써 향상된 감각 기능에 초점을 맞출 것입니다. Shepherd는 "지금은 터치가 어디에서 오는지 파악하기 어렵습니다."라고 말했습니다.
이 작업은 공군 과학 연구실의 보조금으로 지원되었으며 Cornell NanoScale 과학 및 기술 시설 그리고 코넬 재료 연구 센터, 둘 다 National Science Foundation에서 지원합니다.
- 톰 플라이슈만, 코넬대학교