14/12/2021
Door Ad Spijkers
Hoe kunnen robots hun grip aanpassen aan de oppervlaktegesteldheid van een op te pakken voorwerp?
Hoe kunnen mensen direct de gladheid van een oppervlak inschatten en hun grip aanpassen, bijvoorbeeld bij het oppakken van een nat glas? Onderzoekers van de TU Delft hebben samen met Australische collega's aangetoond dat een (radiale) rek van de huid van de vingertop betrokken is bij de perceptie van gladheid bij het eerste contact. Robotica zou deze informatie kunnen gebruiken, bijvoorbeeld om protheses en grijpers te verbeteren.
Glad of stroef
Mensen kunnen een grote verscheidenheid aan objecten robuust vastpakken en hanteren, ongeacht hoe breekbaar, zwaar of glibberig ze zijn. Ze tillen glazen water op, ongeacht of ze leeg of vol zijn en of ze droog of nat zijn. Onderzoekers van de Technische Universiteit Delft doen samen met collega's van Neuroscience Research Australia en de University of New South Wales Sydney studie naar deze eigenschap.
Om de juiste grijpkrachten te krijgen, schat ons zenuwstelsel de gladheid van het oppervlak van een voorwerp in. We geven grotere grijpkrachten als het oppervlak van gladde zijde is, maar kleinere als het van schuurpapier is, omdat dat een betere greep oplevert. Deze informatie is aanwezig op het moment dat we een voorwerp voor het eerst aanraken. Er is een contact van slechts honderd milliseconden met een oppervlak nodig om te beginnen met het aanpassen van de vingertopkrachten aan de ondervonden wrijving.
Mysterie
Hoe de wrijving kon worden ingeschat zonder te slippen, alleen op basis van de vervorming van de vingertophuid, wordt echter niet begrepen. Dat geldt voor zowel de neurowetenschappen als de technische disciplines. De mechanismen die verantwoordelijk zijn voor deze verbazingwekkende prestatie zijn nog lang niet duidelijk.
In deze studie hebben de onderzoekers een wrijvings-modulatie-apparaat ontwikkeld om de effecten van de wrijvingseigenschappen van objecten op mensen tijdens het eerste contact te bestuderen. De onderzoekers vroegen deelnemers om actief op een glazen plaat te drukken en de wrijvingsweerstand ervan in te schatten. De wrijvingsweerstand van de plaat tegen de huid werd gecontroleerd (door ultrasone smering), waarbij de omringende omstandigheden onveranderd bleven.
Door deze experimenten legden de wetenschappers het verband tussen de vervorming van de huid en hoe goed de deelnemer wrijving kon waarnemen. Ze toonden aan dat een (radiale) rek van de huid van de vingertop betrokken is bij de perceptie van gladheid tijdens dit eerste contact.'
Robotica
Grijpen met een fijne aanraking is vandaag de dag nog steeds een grote uitdaging in robotica en bediening op afstand. Volgens de onderzoekers in Delft kunnen de bevindingen van deze studie de haptische mens-machine interactie verbeteren. Ook kunnen ze informatie verschaffen over het ontwerp van geavanceerde tactiele sensoren voor robotica of protheses als die kunnen reageren.
De groep werkt momenteel aan een kunstmatige tastsensor die dergelijke vervormingen kan detecteren en zal zich daarbij laten inspireren door de menselijke tastzin voor de aansturing van robotprothesen en grijpers.
Foto: TU Delft