18/07/2023
Door Ad Spijkers
Duitse onderzoekers hebben een geautomatiseerd proces ontwikkeld waarmee ze zachte sensoren voor onder meer robots kunnen produceren.
Het vastleggen en waarnemen van de omgeving is belangrijk om te begrijpen hoe effectief met die omgeving kunnen omgaan. Een belangrijke factor voor de interactie met objecten is hun vorm. Deze bepaalt hoe specifieke taken kunnen worden uitgevoerd. Daarnaast hebben fysieke eigenschappen van een object zoals de hardheid en flexibiliteit invloed op hoe men het kan vastpakken en hanteren.
Kunsthand
De belangrijkste weg in robotica en protheses is gebaseerd op het imiteren van de sensomotorische vaardigheden van mensen, bijvoorbeeld die van een hand. In de robotica zijn kracht- en koppelsensoren traditioneel permanent geïntegreerd. Deze meetcellen geven waardevolle terugkoppeling over de interactie van het robotsysteem met de omgeving. Traditionele sensoren hebben echter hun grenzen en kunnen niet zomaar aan elk object worden bevestigd. Tot nu toe was er geen proces dat kon worden gebruikt om sensoren te produceren voor stijve, willekeurig gevormde en willekeurig grote objecten.
Hier komt het onderzoek aan het robotica- en AI-instituut MIRMI van de Technische Universität München (TUM) om de hoek kijken. Het gaat om een zacht huidachtig materiaal dat zich om de objecten heen nestelt. Daarnaast heeft de onderzoeksgroep een 'raamwerk' ontwikkeld om deze huid grotendeels automatisch aan te maken. Deze meetcellen zijn ontwikkeld. De cellen zijn universeel en kunnen op vrijwel elk object worden bevestigd. Ze moeten met name worden gebruikt in robotica en prothesen.
Structuur
De onderzoekers bouwen de structuur voor de sensoren in software. Ze sturen deze informatie naar een 3D-printer waarop de zachte sensoren worden vervaardigd. De printer brengt een geleidende, zwarte pasta in vloeibare siliconen in. Terwijl de siliconen uitharden, blijft de pasta vloeibaar en wordt ingekapseld door de siliconen. Als de sensoren worden ingedrukt of uitgerekt, verandert hun elektrische weerstand. Dit vertelt de gebruiker hoeveel een oppervlak is ingeduwd of uitgerekt.
De onderzoekers gebruiken dit principe om interacties met objecten in het algemeen te begrijpen. Meer specifiek gebruiken ze het principe om een kunstmatige hand te kunnen besturen die interactie heeft met deze objecten. De in siliconen ingebedde sensoren passen zich aan het betreffende oppervlak (zoals vingers of handen) aan en leveren betrouwbaar nauwkeurige gegevens die kunnen worden gebruikt voor interactie met de omgeving.
Perspectieven
De integratie van deze zachte, huidachtige sensoren in 3D-objecten opent nieuwe wegen voor geavanceerde haptiek in kunstmatige intelligentie. De sensoren geven in real time waardevolle informatie over drukkrachten en vervormingen, met andere woorden ze geven directe terugkoppeling. Op deze manier breiden ze de perceptie van een object of een robothand uit - en wordt een meer geavanceerde en gevoelige interactie mogelijk.
Het onderzoek heeft het potentieel om industrieën zoals robotica, protheses en mens-machine-interactie in het algemeen radicaal veranderen. Ze maken draadloze en aanpasbare sensoriek voor elk object en elke machine mogelijk.
Foto: Andreas Heddergott / TU München