تحقق معظم الروبوتات إمساكًا واستشعارًا عن طريق اللمس من خلال وسائل آلية ، والتي يمكن أن تكون ضخمة جدًا وصلبة. ابتكرت مجموعة من جامعة كورنيل طريقة يمكن للروبوت اللين أن يشعر بمحيطه داخليًا ، بنفس الطريقة التي يشعر بها البشر.
مجموعة بقيادة روبرت شيبرد ، الأستاذ المساعد للهندسة الميكانيكية والفضائية والمحقق الرئيسي في معمل الروبوتات العضوية، ورقة تصف كيف تعمل موجهات الموجات الضوئية القابلة للمط كمستشعرات الانحناء والاستطالة والقوة في يد آلية ناعمة.
طالب الدكتوراه Huichan Zhao هو المؤلف الرئيسي لكتاب "اليد الاصطناعية اللينة المعصبة إلكترونياً عبر أدلة الموجات الضوئية القابلة للمط، "والتي ظهرت في الإصدار الأول من Science Robotics. نشرت الورقة في 6 ديسمبر؛ ساهم أيضًا طلاب الدكتوراه Kevin O'Brien و Shuo Li ، وكلاهما من مختبر Shepherd.
قال تشاو: "معظم الروبوتات اليوم بها مستشعرات خارج الجسم تكتشف الأشياء من السطح". "تم دمج أجهزة الاستشعار الخاصة بنا داخل الجسم ، بحيث يمكنها في الواقع اكتشاف القوى التي تنتقل من خلال سمك الروبوت ، مثلما نفعل نحن وجميع الكائنات الحية عندما نشعر بالألم ، على سبيل المثال."
تم استخدام أدلة الموجات الضوئية منذ أوائل السبعينيات للعديد من وظائف الاستشعار ، بما في ذلك اللمس والموضع والصوت. كان التصنيع في الأصل عملية معقدة ، ولكن أدى ظهور الطباعة الحجرية اللينة والطباعة ثلاثية الأبعاد على مدار العشرين عامًا الماضية إلى تطوير أجهزة استشعار مرنة يمكن إنتاجها بسهولة ودمجها في تطبيق آلي ناعم.
استخدمت مجموعة Shepherd عملية طباعة حجرية ناعمة من أربع خطوات لإنتاج اللب (الذي ينتشر الضوء من خلاله) ، والكسوة (السطح الخارجي للدليل الموجي) ، والتي تضم أيضًا LED (الصمام الثنائي الباعث للضوء) والصمام الثنائي الضوئي.
كلما زاد تشوه اليد الاصطناعية ، ضاع المزيد من الضوء من خلال القلب. هذا الفقد المتغير للضوء ، كما يكتشفه الثنائي الضوئي ، هو ما يسمح للطرف الاصطناعي بـ "الإحساس" بمحيطه.
قال شيبرد: "إذا لم يضيع أي ضوء عند ثني الطرف الاصطناعي ، فلن نحصل على أي معلومات حول حالة المستشعر". "مقدار الخسارة يعتمد على كيفية ثنيها."
استخدمت المجموعة الطرف الاصطناعي الإلكتروني البصري لأداء مجموعة متنوعة من المهام ، بما في ذلك الإمساك والتحقق من كل من الشكل والملمس. وأبرزها أن اليد كانت قادرة على مسح ثلاث حبات من الطماطم وتحديد أنضجها بنعومة.
قال Zhao إن هذه التكنولوجيا لها العديد من الاستخدامات المحتملة بخلاف الأطراف الصناعية ، بما في ذلك الروبوتات المستوحاة من الأحياء ، والتي اكتشفها Shepherd جنبًا إلى جنب ميسون بيك، أستاذ مساعد في الهندسة الميكانيكية والفضائية ، لاستخدامها في استكشاف الفضاء.
قال شيبرد ، مشيرًا إلى التعاون مع بيك ، "لا يحتوي هذا المشروع على ردود فعل حسية ، ولكن إذا كان لدينا أجهزة استشعار ، فيمكننا مراقبة تغير الشكل في الوقت الفعلي أثناء الاحتراق [من خلال التحليل الكهربائي للماء] وتطوير تسلسل تشغيل أفضل لجعل إنها تتحرك بشكل أسرع ".
سيركز العمل المستقبلي على أدلة الموجات الضوئية في الروبوتات اللينة على زيادة القدرات الحسية ، جزئيًا عن طريق طباعة أشكال مستشعرات أكثر تعقيدًا ثلاثية الأبعاد ، ومن خلال دمج التعلم الآلي كطريقة لفصل الإشارات عن عدد متزايد من أجهزة الاستشعار. قال شيبرد: "في الوقت الحالي ، من الصعب تحديد المكان الذي تأتي منه اللمسة."
تم دعم هذا العمل بمنحة من مكتب القوات الجوية للبحوث العلمية ، واستفاد من مرفق كورنيل للعلوم والتكنولوجيا و مركز كورنيل لأبحاث المواد، وكلاهما مدعوم من مؤسسة العلوم الوطنية.
- توم فليشمان، جامعة كورنيل