Van magazijnen tot ziekenhuizen, zachte robots worden op verschillende plaatsen gebruikt om mensen te helpen bij het verplaatsen van items, patiënten behandelen, en het verzamelen van informatie. Naarmate de interesse in deze robots blijft groeien, wetenschappers ontwikkelen manieren om ze het soort detectievermogen te geven dat wordt aangetroffen in natuurlijk zacht weefsel.

Echter, deze poging brengt voldoende uitdagingen met zich mee. De meeste soorten tactiele huid hebben een draad nodig voor elke locatie waar mensen aanraking willen detecteren. De draden kunnen er uiteindelijk uitzien als een groot vogelnest als het gaat om het waarnemen van grote gebieden.

Om het erger te maken, deze gecompliceerde elektrische interface kan het systeem kapot maken. "De draden zijn misschien in orde in harde koffers zoals smartphones en andere apparaten, maar als je het over stof hebt, huid, of iets anders dat zacht is, dan worden ineens al die draden storingsbronnen, " zei Carmel Majidi, een universitair hoofddocent werktuigbouwkunde aan de Carnegie Mellon University.

Dus hoe kunnen we dit gedoe vermijden? Majidi en Tess Hellebrekers van zijn Soft Machines Lab hebben een elegante oplossing ontwikkeld:een zachte magnetische huid met een enkel sensorelement. Hun bevindingen werden gepubliceerd in Geavanceerde intelligente systemen .

Deze zachte huid is als een rekbare magneet die op robots kan worden geplaatst, natuurlijke huid, of andere materialen om ze een gevoel van aanraking te geven. Het is samengesteld uit siliconenrubber geladen met miljoenen microdeeltjes. Elk deeltje heeft een noordpool en een zuidpool, waardoor een magnetisch veld ontstaat. Wanneer het materiaal contact maakt met een ander object, het rubber detecteert de beweging en al die microdeeltjes beginnen te bewegen, waardoor het interne magnetische veld in het rubber verandert.

Deze veranderingen in het magnetische veld worden dan gedetecteerd door de magnetometer, een elektronische chip ingebed in de magnetische huid. Door deze veranderingen te meten, de magnetometer kan de locatie en intensiteit van het contact afleiden. Met andere woorden, het kan inschatten waar de aanraking is en hoe hard de aanraking op het oppervlak van het materiaal drukt.

"Ik denk dat kracht en contact de twee belangrijkste interesses zijn voor de meeste huidwaarnemingen, omdat onze huid dat ook kan, zei Hellebrekers, die een doctoraatsstudent in robotica is.

Bovendien, deze huid hoeft het oppervlak van het materiaal niet rechtstreeks aan te raken om contacten te voelen. "Het leuke van magneten is dat ze door de lucht snijden, "zei Majidi. "Je hoeft geen fysieke verbinding te hebben om dat magnetische veld te voelen."

Door dit attribuut is de magnetische huid kan worden ontwikkeld tot een geweldig hulpmiddel voor medicijnen. Wetenschappers en artsen zijn meer geïnteresseerd geraakt in het gebruik van zachte robotica in de geneeskunde, vooral bij gastro-intestinale (GI) endoscopie. Hoewel ze grote vooruitgang hebben geboekt, het is nog steeds moeilijk om elektronica en sensoren op te nemen omdat ze vaak erg omvangrijk en stijf zijn, die de mobiliteit van de endoscopen verstoort.

En dat is precies waarom het team van Majidi enthousiast is over het toepassen van hun nieuwe bevindingen. "Een materiaal als dit zou mogelijk een doorbraak zijn op gebieden zoals robot-endoscopie waar je detectiefuncties wilt introduceren, maar geen omvangrijke elektronica en een hoop bedrading wilt gebruiken, ' zei Majidi.

Om de magnetische huid verder te verbeteren, Majidi's team zal onderzoeken hoe kracht langs cilindervormige objecten kan worden gedetecteerd, die vergelijkbaar zijn met katheterendoscopen. Ze zijn ook bedoeld om de gevoelsgebieden van de huid uit te breiden. Momenteel, de magnetische huid kan contact lokaliseren over een continue 1,5 cm ^² Oppervlakte. De onderzoekers kijken naar manieren om de magnetische microdeeltjes een groter magnetisch veld te laten produceren of om de magnetometer op verschillende locaties te plaatsen.

Hoewel hun project nog in ontwikkeling is, het opent een nieuwe deur naar zachte robotdetectie. "Ik hou echt van dit systeem omdat we het magnetische veld kunnen meten zonder enige elektrische interface, " zei Hellebrekers. "Dat geeft ons veel meer vrijheid bij het ontwerpen van het soort interface dat veel gemakkelijker in verschillende systemen kan worden geïntegreerd."