La plupart des robots réalisent la préhension et la détection tactile grâce à des moyens motorisés, qui peuvent être excessivement encombrants et rigides. Un groupe de l'Université Cornell a mis au point un moyen permettant à un robot mou de ressentir intérieurement son environnement, à peu près de la même manière que les humains.
Un groupe dirigé par Robert Shepherd, professeur adjoint de génie mécanique et aérospatial et chercheur principal de Laboratoire de robotique organique, a publié un article décrivant comment les guides d'ondes optiques extensibles agissent comme des capteurs de courbure, d'allongement et de force dans une main robotique souple.
Le doctorant Huichan Zhao est l’auteur principal de «Main prothétique souple innervée optoélectroniquement via des guides d'ondes optiques extensibles», qui figure dans la première édition de Science Robotics. L'article a été publié le 6 décembre ; Les doctorants Kevin O'Brien et Shuo Li, tous deux du laboratoire de Shepherd, ont également contribué.
"Aujourd'hui, la plupart des robots ont des capteurs à l'extérieur du corps qui détectent les objets à la surface", a déclaré Zhao. "Nos capteurs sont intégrés dans le corps, ils peuvent donc détecter les forces transmises à travers l'épaisseur du robot, un peu comme nous et tous les organismes le faisons lorsque nous ressentons de la douleur, par exemple."
Les guides d'ondes optiques sont utilisés depuis le début des années 1970 pour de nombreuses fonctions de détection, notamment tactiles, de position et acoustiques. La fabrication était à l'origine un processus compliqué, mais l'avènement au cours des 20 dernières années de la lithographie douce et de l'impression 3D a conduit au développement de capteurs en élastomère faciles à produire et à intégrer dans une application robotique douce.
Le groupe de Shepherd a utilisé un processus de lithographie douce en quatre étapes pour produire le noyau (à travers lequel la lumière se propage) et le revêtement (surface extérieure du guide d'onde), qui abrite également la LED (diode électroluminescente) et la photodiode.
Plus la main prothétique se déforme, plus la lumière se perd à travers le noyau. Cette perte variable de lumière, détectée par la photodiode, permet à la prothèse de « détecter » son environnement.
« Si aucune lumière n'était perdue lorsque nous plions la prothèse, nous n'obtiendrons aucune information sur l'état du capteur », a déclaré Shepherd. "Le montant de la perte dépend de la façon dont il est plié."
Le groupe a utilisé sa prothèse optoélectronique pour effectuer diverses tâches, notamment saisir et sonder la forme et la texture. Plus particulièrement, la main a pu scanner trois tomates et déterminer, par leur douceur, laquelle était la plus mûre.
Zhao a déclaré que cette technologie avait de nombreuses utilisations potentielles au-delà des prothèses, y compris les robots bio-inspirés, que Shepherd a explorés avec Maçon Peck, professeur agrégé de génie mécanique et aérospatial, pour utilisation dans l'exploration spatiale.
"Ce projet n'a pas de retour sensoriel", a déclaré Shepherd, faisant référence à la collaboration avec Peck, "mais si nous avions des capteurs, nous pourrions surveiller en temps réel le changement de forme pendant la combustion [par électrolyse de l'eau] et développer de meilleures séquences d'actionnement pour faire ça bouge plus vite.
Les travaux futurs sur les guides d'ondes optiques dans la robotique douce se concentreront sur l'augmentation des capacités sensorielles, en partie par l'impression 3D de formes de capteurs plus complexes et par l'intégration de l'apprentissage automatique comme moyen de découpler les signaux d'un nombre accru de capteurs. "À l'heure actuelle", a déclaré Shepherd, "il est difficile de localiser l'origine d'un contact."
Ce travail a été soutenu par une subvention du Bureau de la recherche scientifique de l'Air Force et a utilisé le Installation scientifique et technologique Cornell NanoScale et par Centre Cornell pour la recherche sur les matériaux, tous deux soutenus par la National Science Foundation.
- Tom Fleischmann, L'Université de Cornell