Robotvinger 'voelt' vorm en druk dankzij huid die van kleur verandert
Europese onderzoekers hebben een robotvinger ontwikkeld met een kunsthuid die van kleur verandert zodra ze iets aanraakt. De sensor haalt een resolutie van 100 micrometer en kan realtime de vorm, rek en druk van een object in kaart brengen, van een blaadje tot de reliëfletters op een Amerikaanse penny.
Een team van universiteiten uit Londen, Florence, Triëst en Trento heeft een nieuw type tastsensor voor robots gebouwd. De sensor zit verwerkt in een zachte kunststof vingertop en verandert letterlijk van kleur wanneer die tegen een oppervlak drukt. Hoe sterker de vervorming, hoe verder de kleur verschuift van rood naar groen naar blauw. Een camera in de vinger leest die kleuren af en zet ze om in een gedetailleerde kaart van vorm, rek en druk.
Een laserstraal als basis
De uitvinder van de techniek, postdoc Giacomo Sasso van Queen Mary University of London, stuitte bij toeval op een wetenschappelijk artikel over een lichtgevoelig materiaal dat van kleur verandert onder mechanische druk. Hij belichtte een dunne film zeven minuten met een rode laser. Daardoor ontstaat een patroon van dunne laagjes met steeds een net iets andere brekingsindex, een zogeheten Bragg-reflector. Zo'n gelaagde structuur kaatst maar één specifieke kleur licht terug. Wordt de laag samengedrukt en dus dunner, dan verschuift die kleur: van rood bij lichte druk, via groen, naar blauw bij de sterkste vervorming.
Sasso bouwde dit materiaal in tussen twee lagen siliconenrubber. De buitenste laag is zwart gekleurd om het kleurcontrast te vergroten, de binnenste laag is doorzichtig en bevat een ledlampje en een minicamera. Het licht van de led schijnt door het materiaal heen, kaatst terug via de kleurlaag en wordt opgevangen door de camera. Die informatie wordt direct omgezet in een driedimensionale kaart van het aangeraakte oppervlak, zonder merkbare vertraging.
Preciezer dan bestaande sensoren
De onderzoekers testten de vinger op een menselijke vingertop, een blad en een Amerikaanse penny en behaalden daarbij een resolutie van 100 micrometer, een tiende van een millimeter. Dat is fijn genoeg om de contouren van geprägde letters te onderscheiden. Volgens Rich Walker, directeur van het Britse robotbedrijf Shadow Robot dat gespecialiseerd is in robothanden, is dat een opvallend andere aanpak dan gangbare druksensoren. De meeste bestaande sensoren werken met een raster van losse druksensoren, taxels genoemd, en leveren daardoor alleen een grove, relatieve kaart van een oppervlak. De nieuwe huid haalt de meetinformatie juist uit het materiaal zelf en kan daardoor ook absolute diepte en grootte van oneffenheden bepalen, niet alleen hun onderlinge verhouding.
Het gaat vooralsnog om fundamenteel onderzoek: er is nog geen robot die de sensor daadwerkelijk gebruikt om voorwerpen op te pakken of te manipuleren. Toch zien onderzoekers en industrie de techniek als een veelbelovende aanvulling op het beperkte gereedschap dat er nu is om robots een gevoel van tast te geven.
Achtergrond & begrippen
Wat betekent dit voor de toekomst? Robots die objecten kunnen vastpakken zonder ze te pletten of te laten vallen, hebben fijngevoelige tast nodig, iets wat nu nog een zwak punt is. Een tastsensor die precisie combineert met een simpele, compacte opbouw kan dit soort sensoren betaalbaarder en makkelijker inbouwbaar maken in robothanden voor bijvoorbeeld fabrieken, magazijnen of de zorg. Doordat de techniek geen rekenvertraging kent, is ze ook geschikt voor toepassingen waarbij een robot razendsnel op aanraking moet reageren.
- Mechanochromisch materiaal
- Een materiaal dat van kleur verandert wanneer het mechanisch wordt vervormd, bijvoorbeeld door druk of rek.
- Bragg-reflector
- Een gelaagde structuur met afwisselende brekingsindices die een specifieke kleur licht terugkaatst; verandert de dikte van de lagen, dan verandert ook de kleur.
- Brekingsindex
- Een getal dat aangeeft hoe sterk een materiaal licht afbuigt; verschillen in brekingsindex tussen laagjes zorgen voor het kleureffect van een Bragg-reflector.
- Tactiele sensor
- Een sensor die door aanraking informatie verzamelt over vorm, druk of textuur van een object, vergelijkbaar met de tastzin van menselijke huid.
- Resolutie
- De kleinste details die een sensor nog kan onderscheiden; hoe kleiner het getal in micrometers, hoe fijner de sensor meet.
- Taxel
- Een los druksensor-'pixel' in een raster van sensoren, gebruikt in klassieke tastsensoren om druk op verschillende plekken apart te meten.
- Polymeer
- Een kunststofmateriaal opgebouwd uit lange, herhalende ketens van moleculen; de kleurlaag in deze sensor is een speciaal bewerkt polymeer.
Bronnen
Dit artikel is met behulp van AI geschreven op basis van bovenstaande bronnen en is geen letterlijke vertaling. Zo werkt onze redactie.