Sebagian besar robot mencapai penginderaan dan sentuhan melalui alat bermotor, yang bisa sangat besar dan kaku. Sebuah kelompok Universitas Cornell telah menemukan cara bagi robot lunak untuk merasakan sekelilingnya secara internal, dengan cara yang sama seperti yang dilakukan manusia.
Sebuah kelompok yang dipimpin oleh Robert Shepherd, asisten profesor teknik mesin dan kedirgantaraan dan penyelidik utama dari Lab Robotika Organik, telah menerbitkan sebuah makalah yang menjelaskan bagaimana pandu gelombang optik yang dapat diregangkan bertindak sebagai sensor kelengkungan, pemanjangan, dan gaya di tangan robot yang lembut.
Mahasiswa doktoral Huichan Zhao adalah penulis utama “Tangan Prostetik Lembut yang Dipersarafi Secara Optoelektronik melalui Pemandu Gelombang Optik yang Dapat Diregangkan,” yang ditampilkan dalam edisi debut Science Robotics. Makalah ini diterbitkan 6 Desember; juga berkontribusi adalah mahasiswa doktoral Kevin O'Brien dan Shuo Li, keduanya dari lab Shepherd.
“Kebanyakan robot saat ini memiliki sensor di bagian luar tubuh yang mendeteksi sesuatu dari permukaan,” kata Zhao. “Sensor kami terintegrasi di dalam tubuh, sehingga mereka benar-benar dapat mendeteksi kekuatan yang ditransmisikan melalui ketebalan robot, seperti yang kita dan semua organisme lakukan ketika kita merasakan sakit, misalnya.”
Waveguides optik telah digunakan sejak awal 1970-an untuk berbagai fungsi penginderaan, termasuk taktil, posisi dan akustik. Fabrikasi pada awalnya merupakan proses yang rumit, tetapi munculnya litografi lunak dan pencetakan 20-D selama 3 tahun terakhir telah menyebabkan pengembangan sensor elastomer yang mudah diproduksi dan dimasukkan ke dalam aplikasi robotik lunak.
Kelompok Shepherd menggunakan proses litografi lunak empat langkah untuk menghasilkan inti (di mana cahaya merambat), dan cladding (permukaan luar pandu gelombang), yang juga menampung LED (light-emitting diode) dan fotodioda.
Semakin banyak tangan prostetik berubah bentuk, semakin banyak cahaya yang hilang melalui inti. Kehilangan cahaya yang bervariasi, seperti yang dideteksi oleh fotodioda, adalah yang memungkinkan prostesis untuk "merasakan" sekelilingnya.
“Jika tidak ada cahaya yang hilang saat kami membengkokkan prostesis, kami tidak akan mendapatkan informasi apa pun tentang status sensor,” kata Shepherd. "Jumlah kerugian tergantung pada bagaimana itu ditekuk."
Kelompok tersebut menggunakan prostesis optoelektronik untuk melakukan berbagai tugas, termasuk menggenggam dan memeriksa bentuk dan tekstur. Yang paling menonjol, tangan itu mampu memindai tiga tomat dan menentukan, berdasarkan kelembutan, mana yang paling matang.
Zhao mengatakan teknologi ini memiliki banyak kegunaan potensial di luar prostesis, termasuk robot bio-terinspirasi, yang telah dieksplorasi bersama Shepherd. Mason Peck, profesor teknik mesin dan kedirgantaraan, untuk digunakan dalam eksplorasi ruang angkasa.
“Proyek itu tidak memiliki umpan balik sensorik,” kata Shepherd, mengacu pada kolaborasi dengan Peck, “tetapi jika kami memiliki sensor, kami dapat memantau secara real time perubahan bentuk selama pembakaran [melalui elektrolisis air] dan mengembangkan urutan aktuasi yang lebih baik untuk membuat itu bergerak lebih cepat.”
Pekerjaan masa depan pada pandu gelombang optik dalam robotika lunak akan fokus pada peningkatan kemampuan sensorik, sebagian dengan mencetak 3-D bentuk sensor yang lebih kompleks, dan dengan menggabungkan pembelajaran mesin sebagai cara untuk memisahkan sinyal dari peningkatan jumlah sensor. “Saat ini,” kata Shepherd, “sulit untuk melokalisasi dari mana sentuhan itu berasal.”
Pekerjaan ini didukung oleh hibah dari Kantor Penelitian Ilmiah Angkatan Udara, dan memanfaatkan Fasilitas Sains dan Teknologi Cornell NanoScale dan Pusat Penelitian Bahan Cornell, yang keduanya didukung oleh National Science Foundation.
- Tom Fleishman, Universitas Cornell