一种新型的可伸缩光学花边可以给软机器人带来更柔和的触感。
这种合成材料由博士生帕特里夏·徐(Patricia Xu)通过有机机器人实验室研发，它创造了一个与生物神经系统类似的感应网络，使机器人能够感知自己与环境的互动，并相应地调整自己的动作。
实验室的论文《合成传入神经网络的光学花边》(Optical Lace for Synthetic Afferent Neural Networks)于9月11日发表在《科学机器人》(Science Robotics)杂志上。
“我们希望有一种方法来测量高度可变形物体的应力和应变，我们希望使用硬件本身，而不是视觉，”该论文的资深作者、机械和航空航天工程副教授罗布谢泼德(Rob Shepherd)说。“从生物学的角度来思考这个问题是一个好方法。一个人闭上眼睛仍然能感觉到周围的环境，因为他们的手指上有传感器，当手指变形时，传感器就会变形。机器人现在不能这样做。”
谢泼德的实验室以前曾制造出传感泡沫，利用光纤来检测这种变形。在光学花边项目中，徐使用了一种由3d打印聚氨酯制成的柔性多孔晶格结构;她用可拉伸的光纤穿过它的核心，光纤中包含十多个机械传感器。然后她用LED灯照亮纤维。
当她在不同的点上按压晶格结构时，传感器能够精确定位光子流动的变化。
徐说:“当结构变形时，输入线和输出线就会发生接触，光线就会进入结构中的这些输出回路，这样你就能知道接触发生在哪里。”“它的强度决定了变形本身的强度。”
谢泼德说，这种光学花边不会被用作机器人的皮肤涂层，而是更像机器人的肉本身。配备这种材料的机器人将与冷酷无情、漠不关心的反乌托邦科幻小说中的半机器人相去甚远。他说，它们将更适合医疗保健行业，特别是生命的开始和生命的结束以及制造业。
“有很多人变老了，但没有那么多年轻人来照顾他们。所以机器人可以帮助照顾老人的想法是非常真实的。”谢泼德说。“机器人需要知道自己的形状，这样才能在不伤害老年人的情况下触摸、抱和帮助他们。”如果你使用机器人协助制造，情况也是一样。如果他们能感觉到他们正在触摸的东西，那么这将提高他们的准确性。”
虽然这种光学花边没有人类指尖那么敏感，比如说，指尖布满了神经感受器，但这种材料对触摸比人类背部更敏感。这种材料还可以水洗，这就引出了另一项应用:谢泼德实验室(Shepherd ‘s lab)成立了一家初创公司，将徐的传感器商业化，生产可以测量人体形状和运动的服装，用于增强现实训练。
研究人员还计划探索将机器学习应用于检测更复杂的变形的可能性，比如弯曲和扭转。
“我制作模型来计算结构被触摸的位置，以及被触摸的程度，”徐说。“但在未来，当你有30倍以上的传感器，而且它们随机分布在各处时，这将会困难得多。机器学习的速度会快得多。”
即使机器人越来越意识到它们是如何与环境互动的，人类仍然拥有明显的优势。
谢泼德说:“我们不像一些机器人那样了解自己的肢体、关节和手指。”“但总体来说，我们仍然可以比机器人表现得更好，因为我们可以通过机械设计以及神经架构来处理不确定性。”
这篇论文由意大利理工学院突触神经科学与技术中心的博士后研究员Anand Kumar Mishra、博士生Lillia Bai和Cameron Aubin以及Letizia Zullo共同撰写。
这项研究得到了美国空军科学研究办公室和美国国立卫生研究院的资助。
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：http://news.cornell.edu/stories/2019/09/optical-lace-gives-robots-heightened-sensory-ability