in 1872, Charles Darwin publiceerde zijn derde grote werk over evolutietheorie, "De uitdrukking van de emoties in mens en dier, " die de biologische aspecten van het emotionele leven onderzoekt.

In het, Darwin schrijft:"Bijna geen enkele expressieve beweging is zo algemeen als het onwillekeurig oprichten van de haren, veren en andere huidaanhangsels … het is gebruikelijk in drie van de grote gewervelde klassen." Bijna 150 jaar later, het veld van robotica begint inspiratie te putten uit die woorden.

"Het aspect van aanraking is niet veel onderzocht in de interactie tussen mens en robot, maar ik dacht vaak dat mensen en dieren deze verandering in hun huid hebben die hun innerlijke toestand uitdrukt, " zei Guy Hoffman, assistent-professor en Mills Family Faculty Fellow in de Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering (MAE).

Geïnspireerd door dit idee, Hoffman en studenten in zijn Human-Robot Collaboration and Companionship Lab hebben een prototype ontwikkeld van een robot die 'emoties' kan uiten door veranderingen in het buitenoppervlak. De huid bedekt een raster van textuureenheden (TU's) waarvan de vormen worden bestuurd door fluïdische actuatoren, gebaseerd op een ontwerp ontwikkeld in het lab van Hoffmans MAE-collega Rob Shepherd.

Hun werk wordt gedetailleerd beschreven in een document, "Soft Skin Texture Modulation voor sociale robots, " gepresenteerd in april op de International Conference on Soft Robotics in Livorno, Italië. Promovendus Yuhan Hu was hoofdauteur; het papier was 16 mei te zien in IEEE Spectrum, een publicatie van het Institute of Electrical and Electronics Engineers.

Hofman, wiens TEDx-talk over "Robots met 'ziel'" bijna 3 miljoen keer is bekeken, zei dat de inspiratie voor het ontwerpen van een robot die non-verbale signalen afgeeft via zijn buitenhuid afkomstig is uit de dierenwereld, gebaseerd op het idee dat robots niet in menselijke termen moeten worden gezien.

"Ik heb altijd het gevoel gehad dat robots niet alleen naar mensen moeten worden gemodelleerd of kopieën van mensen moeten zijn, " zei hij. "We hebben veel interessante relaties met andere soorten. Robots kunnen worden gezien als een van die 'andere soorten, ' niet proberen te kopiëren wat we doen, maar interactie met ons met hun eigen taal, aanboren van onze eigen instincten."

Een deel van onze relatie met andere soorten is ons begrip van de non-verbale signalen die dieren afgeven - zoals het opsteken van de vacht op de rug van een hond of de nek van een kat, of het rimpelen van de veren van een vogel. Dat zijn onmiskenbare signalen dat het dier op de een of andere manier opgewonden of boos is; het feit dat ze zowel gezien als gevoeld kunnen worden, versterkt de boodschap.

"Yuhan verwoordde het heel mooi:ze zei dat mensen deel uitmaken van de familie van soorten, ze zijn niet losgekoppeld, "Zei Hoffman. "Dieren communiceren op deze manier, en we hebben een gevoeligheid voor dit soort gedrag."

Tegelijkertijd, er wordt veel technologie ontwikkeld met actieve materialen, die op verzoek van vorm en eigenschappen kunnen veranderen. In feite, een van de vernieuwers op dat gebied – Shepherd, leider van het Organic Robotics Lab - werkt toevallig ongeveer vijf Upson Hall-deuren verwijderd van Hoffman.

"Dit is een van de leuke dingen om hier bij Cornell te zijn, ' zei Hoffman. 'Rob is verderop in de gang, en zo heb ik deze technologie ontdekt. Dit soort nauwe samenwerking is voor een groot deel waar ik zo enthousiast over was om me bij Cornell aan te sluiten."

Hoffman en Hu's ontwerp heeft een reeks van twee vormen, kippenvel en pieken, die verwijzen naar verschillende emotionele toestanden. De bedieningseenheden voor beide vormen zijn geïntegreerd in textuurmodules, met vloeistofkamers die gelijkaardige hobbels met elkaar verbinden.

Het team probeerde twee verschillende bedieningssystemen, met het minimaliseren van grootte en geluidsniveau een drijvende factor in beide ontwerpen. "Een van de uitdagingen "Hoffman zei, "is dat veel vormveranderende technologieën behoorlijk luid zijn, vanwege de betrokken pompen, en deze maken ze ook behoorlijk omvangrijk."

Hoffman heeft geen specifieke toepassing voor zijn robot met een huid die van textuur verandert en is toegewezen aan zijn emotionele toestand. Op dit punt, alleen al bewijzen dat dit kan, is een grote eerste stap. "Het geeft ons gewoon een andere manier om na te denken over hoe robots kunnen worden ontworpen, " hij zei.

Toekomstige uitdagingen zijn onder meer het opschalen van de technologie om in een op zichzelf staande robot te passen – welke vorm die robot ook aanneemt – en het beter laten reageren op de onmiddellijke emotionele veranderingen van de robot.

"Momenteel, de meeste sociale robots drukken [hun] interne toestand alleen uit door gezichtsuitdrukkingen en gebaren te gebruiken, " concludeert het artikel. "Wij geloven dat de integratie van een textuurveranderende huid, het combineren van zowel haptische [gevoel] als visuele modaliteiten, kan dus het expressieve spectrum van robots voor sociale interactie aanzienlijk verbeteren."