Robotische Grijper Met Huid-achtige Zachte Tactiele Sensor Voor Precisiehantering

Een onderzoeksploeg ontwikkelde een zachte tactiele sensor met huid-vergelijkbare kenmerken. Een robotische grijper met de sensor gemonteerd aan de vingertop kon uitdagende taken volbrengen zoals stabiel grijpen van kwetsbare voorwerpen en een naald doorrijgen.

Een hoofdkenmerk van menselijke huid is de capaciteit om scheerkracht te voelen — de kracht die ervoor zorgt dat twee voorwerpen over elkaar glijden of schuiven wanneer ze in contact komen. Door de grootte, richting, en de subtiele verandering van scheerkracht te voelen, kan menselijke huid fungeren als feedback en ons laten aanpassen hoe we een voorwerp stabiel met onze handen en vingers vasthouden of hoe stevig we het moeten grijpen.

Om dit kenmerk van menselijke huid na te bootsen, is de zachte tactiele sensor geïntegreerd in een meervoudig gelaagde structuur als menselijke huid en bevat een flexibele en speciaal gemagnetiseerde film van ongeveer 0,5 mm dun als bovenste laag. Wanneer een externe kracht wordt uitgeoefend, kan het de verandering van het magnetische veld detecteren door de vervorming van de film. Belangrijker nog, het kan de externe kracht automatisch ontkoppelen of decomponeren in twee componenten: normalkracht (de kracht loodrecht op het voorwerp toegepast) en scheerkracht, wat de accurate meting van deze twee krachten respectievelijk biedt.

Bovendien bezit de sensor een ander huid-achtig kenmerk: de tactiele "super-resolutie" die het in staat stelt de positie van de stimulus zo accuraat mogelijk te lokaliseren. Een efficiënt tactiele super-resolutie algoritme gebruikt deep learning om een 60-voudige verbetering van de lokalisatienauwkeurigheid voor contactpositie te bereiken. Zo'n tactiele super-resolutie algoritme kan helpen de fysieke resolutie van een tactiele sensorarray te verbeteren met het minste aantal meetunits, wat het aantal bedradingen en de tijd voor signaaltransmissie reduceert.

Door de sensor aan de vingertop van een robotische grijper te monteren, toonde het team aan dat robots uitdagende taken kunnen volbrengen. De robotische grijper greep stabiel kwetsbare voorwerpen zoals een ei terwijl een externe kracht probeerde het weg te slepen, en reeg een naald via teleoperatie. De sensor kan eenvoudig uitgebreid worden naar de vorm van sensorarrays of zelfs continue elektronische huid die het hele lichaam van de robot bedekt.

De gevoeligheid en meetbereik van de sensor kunnen aangepast worden door de magnetiseringsrichting van de bovenste laag (magnetische film) van de sensor te veranderen zonder de dikte van de sensor te veranderen. Dit stelt de e-huid in staat om verschillende gevoeligheid en meetbereik in verschillende delen te hebben, net als menselijke huid. Ook heeft de sensor een veel kortere fabricatie- en kalibratieproces vergeleken met andere tactiele sensoren.

De sensor kan nuttig zijn voor toepassingen in de robotica zoals adaptief grijpen, behendige manipulatie, textuurherkenning, slimme prothesen, en mens-robot interactie.