14/03/2024
Door Ad Spijkers
Een nieuwe haptische sensor kan de zachtheid van verschillende materialen reproduceren.
Onderzoekers aan de École Polytechnique Fédérale Lausanne hebben een haptisch apparaat ontwikkeld dat in staat is de zachtheid van verschillende materialen te reproduceren, van een marshmallow tot een kloppend hart, en daarmee een bedrieglijk complexe uitdaging overwint die robotici eerder is ontgaan.
De perceptie van zachtheid kan als vanzelfsprekend worden beschouwd, maar speelt een cruciale rol bij veel acties en interacties. Dat varieert van het beoordelen van de rijpheid van een avocado tot het uitvoeren van een medisch onderzoek of het vasthouden van de hand van een geliefde. Maar het begrijpen en reproduceren van zachtheidsperceptie is een uitdaging, omdat er zoveel sensorische en cognitieve processen bij betrokken zijn.
SORI
Roboticaonderzoekers hebben geprobeerd deze uitdaging aan te pakken met haptische apparaten. Maar eerdere pogingen hebben geen onderscheid gemaakt tussen twee primaire elementen van zachtheidsperceptie. Dat zijn cutane signalen (sensorische feedback van de huid van de vingertop) en kinesthetische signalen (feedback over de hoeveelheid kracht op het vingergewricht).
Als u met uw vingertop op een marshmallow drukt, kunt u gemakkelijk voelen dat hij zacht is. Maar als u een hard koekje op de marshmallow legt en nogmaals drukt, voelt u nog steeds dat de zachte marshmallow eronder ligt, ook al raakt uw vingertop een hard oppervlak. De onderzoekers aan EPFL wilden weten of ze een robotplatform konden creëren dat hetzelfde kan doen. Met SORI (Softness Rendering Interface) hebben ze dat bereikt.
Door cutane en kinesthetische signalen te ontkoppelen, bootst SORI op getrouwe wijze de zachtheid van een reeks echte materialen na. Hierdoor wordt een leemte op het gebied van robotica opgevuld. Er worden veel toepassingen mogelijk waarbij het gevoel van zachtheid van cruciaal belang is – van diepzeeonderzoek tot door robots ondersteunde chirurgie.
Gevoel van zachtheid
Neurowetenschappelijke en psychologische onderzoeken tonen aan dat signalen van de huid grotendeels gebaseerd zijn op de mate waarin de huid in contact is met een oppervlak. Dat houdt vaak gedeeltelijk verband met de vervorming van het object. Een oppervlak dat een groter deel van uw vingertop omhult, zal als zachter worden ervaren. Maar menselijke vingertoppen variëren sterk in grootte en stevigheid, dus de ene vinger kan meer contact maken met een bepaald oppervlak dan de andere.
Voor hun onderzoek moesten de onderzoekers dus eerst parameters ontwikkelen voor de geometrieën van een vingertop en het contactoppervlak ervan. Zo moesten ze de signalen van de zachtheid van die vingertop kunnen schatten. Vervolgens haalden de onderzoekers de zachtheidsparameters uit een reeks verschillende materialen en brachten beide sets parameters in kaart op het SORI-apparaat.
Werking
SORI is voorzien van door een motor aangedreven origami-gewrichten die kunnen worden gemoduleerd om stijver of soepeler te worden. Bovenop de verbindingen zit een ingedeukt siliconenmembraan. Een luchtstroom blaast het membraan in verschillende mate op, om een vingertop in het midden te omhullen.
Met deze ontkoppeling van kinesthetische en cutane functionaliteit slaagde SORI erin de zachtheid van een reeks materialen – waaronder rundvlees, zalm en marshmallow – na te bootsen. Dit gebeurde tijdens verschillende experimenten met twee menselijke vrijwilligers. De interface bootste ook materialen na met zowel zachte als stevige eigenschappen (zoals een koekje op een marshmallow of een in leer gebonden boek). In één virtueel experiment reproduceerde SORI zelfs het gevoel van een kloppend hart, om de doeltreffendheid ervan aan te tonen bij het in beweging brengen van zachte materialen.
Toepassingen
Geneeskunde is daarom een belangrijk toepassingsgebied voor deze technologie. Ze kan bijvoorbeeld medische studenten opleiden om kankertumoren op te sporen of cruciale sensorische terugkoppeling te geven aan chirurgen die robots gebruiken om operaties uit te voeren.
Andere toepassingen zijn onder meer door robots ondersteunde verkenning van de ruimte of de diepe oceaan. De interface zou wetenschappers in staat kunnen stellen de zachtheid van een ontdekt object vanaf een afgelegen locatie te voelen. SORI is ook een potentieel antwoord op een van de grootste uitdagingen in de door robots ondersteunde landbouw: het oogsten van malse groenten en fruit zonder ze te pletten.
SORI is volgens de onderzoekers niet bedoeld als zachtheidssensor voor robots, maar om het gevoel van 'aanraking' digitaal over te brengen, net zoals het versturen van foto’s of muziek. Tja, de smartphone is ook begonnen als draadloze telefoon ……..
Foto: Jamani Caillet