光学花边赋予机器人增强的感知能力

康奈尔大学的研究人员已经开发出一种合成的、可拉伸的光学花边,可以使机器人更好地感知周围环境并与其互动.

  传感器专家网讯,据外媒报道,近日,康奈尔大学的研究人员已经开发出一种合成的、可拉伸的光学花边,可以使机器人更好地感知周围环境并与其互动,为柔软的机器人带来更柔和的触感。

光学花边赋予机器人增强的感知能力

柔性多孔晶格结构与可拉伸的光纤连接在一起,该光纤包含十多个机械传感器,并连接到LED灯。当按下晶格结构时,传感器会精确地确定光子流的变化。

  康奈尔大学有机机器人实验室的学生PatriciaXu创建了一个类似于生物神经系统的链接感觉网络。这项研究发表在最近发表在《科学机器人》上的论文“用于合成传入神经网络的光学花边”中。

  该论文的资深作者、机械和航空航天工程副教授RobShepherd说:“我们希望有一种方法来测量高度变形的物体的应力和应变,并且我们要使用硬件本身而不是视觉来进行测量。”

  Shepherd的实验室先前创建了感官泡沫,该泡沫使用光纤来检测这种变形。在光学花边项目中,使用了由3D打印的聚氨酯制成的柔性多孔网格结构;她用包含十多个机械传感器的可拉伸光纤将其芯线穿过。然后,她安装了LED灯以照亮光纤,当她在各个点按下晶格结构时,传感器能够查明光子流的变化。

  “当结构变形时,您会在输入线和输出线之间形成接触,并且光线会跳入结构中的这些输出回路中,因此您可以分辨出发生在哪里,”Shepherd说。“强度决定了变形本身的强度。”

  Shepherd说,光学花边不会用作机器人的皮肤涂层,而更像是肉本身。装有这种材料的机器人与反乌托邦科幻小说中冷酷无情的机器人相距甚远。他说,它们将更适合医疗保健行业,特别是生命周期的开始和结束时的保健以及制造。

  “有很多人在变老,没有那么多的年轻人照顾他们。因此,机器人可以帮助照顾老人的想法是很现实的。”Shepherd说。“机器人需要知道自己的形状,才能触摸,握住并帮助老年人,而不会损坏他们。如果您使用机器人协助制造,也是如此。如果他们能感觉到他们在触摸什么,那将提高他们的准确性。”

  虽然光学花边的灵敏度不如挤满了神经感受器的人类指尖,但这种材料比人的背部对触摸的敏感性更高。这种材料也可以洗,这又导致了另一种应用:Shepherd的实验室成立了一家初创公司,将传感器商业化,制造出可以测量人的形状和动作的服装,以进行增强现实训练。

  研究人员还计划探索结合机器学习来检测更复杂的变形(例如弯曲和扭曲)的潜力。

  “我制作模型来计算要触摸的结构以及要触摸的位置,”Shepherd说。“但是将来,当您的传感器数量增加30倍并且它们随机分布在整个区域时,这将变得非常困难。机器学习会更快地做到这一点。”

  即使机器人越来越意识到它们如何与环境互动,人类仍然具有明显的优势。“我们不知道我们自己的身体,有些机器人也知道他们的四肢、关节和手指,”Shepherd说。“但是我们仍然可以总体上比机器人更好地表现,因为我们可以通过机械设计以及神经体系结构来处理不确定性。”

  这项研究得到了空军科学研究所和美国国立卫生研究院的资助。

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