04/12/2023
Door Ad Spijkers
Zwitserse onderzoekers hebben een apparaat gemaakt dat kleur gebruikt om mechanische en temperatuurstimuli waar te nemen.
Robotica-onderzoekers aan de Ecole Polytechnique Federale de Lausanne hebben vooruitgang geboekt bij het ontwikkelen van sensoren die veranderingen in positie, druk en temperatuur kunnen waarnemen. Ze zijn allemaal belangrijk voor technologieën zoals draagbare apparaten en mens-robot-interfaces.
De mens kan meerdere stimuli tegelijk waarnemen, maar het kost robotica moeite om dat te bereiken. De onderzoekers in Lausanne hebben een sensor ontwikkeld die combinaties van buigen, strekken, compressie en temperatuurveranderingen kan waarnemen, allemaal met behulp van een robuust systeem dat neerkomt op een eenvoudig concept : kleur.
ChromoSense
Hun technologie, ChromoSense genaamd, is gebaseerd op een doorschijnende rubberen cilinder met drie secties die rood, groen en blauw zijn geverfd. Een LED aan de bovenkant van het apparaat stuurt licht door de kern. Veranderingen in het pad van het licht door de kleuren wanneer het apparaat wordt gebogen of uitgerekt, worden opgepikt door een geminiaturiseerde spectraalmeter aan de onderkant.
Stelt u zich voor dat u drie verschillende smaken slushie drinkt met drie verschillende rietjes tegelijk. De verhouding van elke smaak die u krijgt, verandert als u de rietjes buigt of draait. Dit is hetzelfde principe dat ChromoSense gebruikt: het neemt veranderingen waar in het licht dat door de gekleurde delen gaat terwijl de geometrie van die delen vervormt. Dankzij een thermogevoelig gedeelte van het apparaat kan het ook temperatuurveranderingen detecteren, met behulp van een speciale kleurstof die bij verhitting minder verzadigend van kleur wordt.
Gestroomlijnde benadering
Hoewel robottechnologieën die afhankelijk zijn van camera's of meerdere sensorelementen effectief zijn, maken ze draagbare apparaten zwaarder en omslachtiger en vereisen ze meer dataverwerking. Als zachte robots ons beter van dienst willen zijn in ons dagelijks leven, moeten ze kunnen voelen wat we doen.
Traditioneel was de snelste en goedkoopste manier om dit te doen het gebruik van op vision gebaseerde systemen, die al onze activiteiten vastleggen en vervolgens de benodigde gegevens extraheren. ChromoSense maakt gerichtere, informatierijke metingen mogelijk, en de sensor kan eenvoudig worden ingebed in verschillende materialen voor verschillende taken.
Dankzij de eenvoudige mechanische structuur en het gebruik van kleur boven camera's zou ChromoSense zich potentieel kunnen lenen voor goedkope massaproductie. Behalve ondersteunende technologieën zoals exosuits die de mobiliteit bevorderen, zien de onderzoekers alledaagse toepassingen voor ChromoSense in sportuitrusting of kleding, die kunnen worden gebruikt om gebruikers feedback te geven over hun vorm en bewegingen.
Sterkte en zwakte
Een kracht van ChromoSense – het vermogen om meerdere stimuli tegelijk waar te nemen – kan ook een zwakte zijn. Onderzoekers werken nog steeds aan het ontkoppelen van gelijktijdig toegepaste stimuli. Op dit moment concentreren ze zich op het verbeteren van de technologie om lokaal uitgeoefende krachten te detecteren, of de exacte grenzen van een materiaal wanneer het van vorm verandert.
De onderzoekers verwachten dat, als ChromoSense aan populariteit wint en veel mensen het willen gebruiken als een universele robotdetectieoplossing, het verder vergroten van de informatiedichtheid van de sensor een interessante uitdaging zou kunnen worden. Vooruitkijkend willen ze ook experimenteren met verschillende formaten voor ChromoSense. Er is een prototype gemaakt als een cilindrische vorm en als onderdeel van een draagbaar zacht exosuit. Maar de technologie kan ook worden voorgesteld in een platte vorm die beter geschikt is voor origami-robots. Volgens de onderzoekers kan met hun technologie alles een sensor kan worden, zolang er maar licht doorheen kan.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: Titouan Veuillet/Adrian Alberola Campailla