光学和光子学

光学花边可以为机器人打造“神经系统”

字号+ 作者:admin 来源:小丑鱼-分享科普知识 2019-11-15 12:44

一个新的包含嵌入3D打印的弹性体中的光纤的传感器可以构成一个传感器网络,使机器人能够感觉到触摸并感知它们与环境的相互作用。如前所述,光学花边可以分布在机器人的整个身体上,类似于生物神经系统,并且可以拉伸。它可以以亚毫米级的位置精度和亚牛顿力分辨率(0.3 N)定位施加的变形。 在生

  一个新的包含嵌入3D打印的弹性体中的光纤的传感器可以构成一个传感器网络,使机器人能够感觉到触摸并感知它们与环境的相互作用。如前所述,光学花边可以分布在机器人的整个身体上,类似于生物神经系统,并且可以拉伸。它可以以亚毫米级的位置精度和亚牛顿力分辨率(0.3 N)定位施加的变形。

  在生物界,由于分布在整个身体中的复杂神经网络,视力不好的动物已经进化出其他形式的知觉,例如触摸,以在环境中导航。尽管研究人员已经成功地为机器人制造了具有触觉感应的人造皮肤,但是事实证明,在机器人的整个身体中布线类似神经的网络更加困难。

光学花边可以为机器人打造“神经系统”

  机械工程师为首的队 帕特里夏许和Rob牧羊犬的康奈尔大学在美国已经制成的光学花边包括光纤的该主机超过嵌在3D印刷弹性体(聚氨酯)十几mechanosensors附着到发光可以克服这个问题的二极管。

  光导检测变形程度

  当按下晶格结构时,光导通过测量通过耦合作用的光纤中的光损失的强度和位置,来检测3D晶格中的支杆所经历的变形(屈曲和弯曲)水平。徐解释说,耦合光的强度决定了变形本身的强度。

  研究人员说,光学花边可以分布在机器人的整个身体上,而不仅仅是在其表面上覆盖。它可以使机器人既具有外在感受性(即对触摸敏感,以便可以检测出其被按压的位置),又具有自觉性,从而可以测量自身的压力水平并“意识到”自己的身体。

  徐解释说,光学花边类似于生物神经系统,其中单个机械感受器嵌入皮肤和肌肉的不同位置。

  在动物中,这些传感器将有关变形的大小和位置的信息发送到大脑进行处理。同样,我们的光学花边在整个结构中均分布有传感器,可将变形的大小和位置报告给计算机。该位置编码在传感器的位置,耦合光的强度编码变形的大小。”

  与人更安全的互动

  她告诉《物理世界》,我们的光学传感器比其他许多可伸缩电子传感器更稳定。“在机器人中,如果传感器以正确的方向更靠近表面放置,我们可以测量外部引起的变形(外在感受),如果放置在结构内部较深,则可以测量内部变形(自觉)。”

  Shepherd补充说,将这些传感器网络集成到机器人中可以使它们更安全地与人互动。“我们希望,最终,这样的系统将使机器人能够帮助老年人和行动不便的人。在这样的应用中,机器人需要知道自己的形状,才能握住并帮助一个人而不会伤害他们。”

  “比冷硬的电子人还柔软”

  他补充说,这种机器人比我们过去在科幻电影中看到的冷硬的机器人要软,也可以用于制造。“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。”

  在他们的工作中,研究人员使用物理模型将传感器信号转换为变形状态,该工作在《科学机器人》 10.1126 / scirobotics.aaw6304中 得到了详细说明,并得到了 空军科学研究所和海军研究办公室的支持。“未来,我们希望建立更大的网络并产生更复杂的变形,因此我们当前的物理模型将无法正常运行,” Xu说。“机器学习在这里很有用,可以创建这些更复杂的模型并检测扭曲(例如弯曲和扭曲)。”

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