Natuurkundigen van de Universiteit van Luxemburg hebben onlangs een nieuw materiaal gepresenteerd dat een belangrijk onderdeel kan worden van een nieuwe infrastructuur die is ontworpen om robots te helpen hun omgeving te begrijpen. Het team laat zien dat het materiaal kan worden gebruikt om op maat gemaakte grafische informatie in de omgeving te introduceren, die onzichtbaar is voor mensen, maar gemakkelijk leesbaar is voor robots. Het nieuwe materiaal en de innovatieve procedure waarmee het mogelijk is gemaakt, zijn onlangs gepubliceerd in Geavanceerde functionele materialen , een van 's werelds toptijdschriften op het gebied van materiaalkunde.

Heerschappij van automatisering

Wijdverbreide automatisering is een belangrijk onderdeel van de aan de gang zijnde vierde industriële revolutie. De huidige interesse in automatisering voorziet in een enorme uitbreiding van het concept, vaak met machines die niet alleen automatisch maar ook autonoom en mobiel zijn, zoals zelfrijdende auto's of drones. In tegenstelling tot wat de term "Industrie 4.0" doet vermoeden, deze machines zullen waarschijnlijk ook directe interactie hebben met mensen, zelfs op plaatsen buiten de industriële productie, zoals onze huizen of niet-industriële werkplekken.

"Hoe gunstig deze overgang naar alomtegenwoordige automatisering ook zou kunnen zijn, het komt ook met aanzienlijke uitdagingen van vele soorten. Een van de belangrijkste drempels wordt veroorzaakt door bezorgdheid over de veiligheid:zoals blijkt uit terugkerende tragische dodelijke ongevallen met autonome voertuigen, ze hebben momenteel onvoldoende inzicht in hun omgeving, ondanks de allernieuwste on-board sensor- en rekentechnologie. Het is gewoon niet gemakkelijk om de drukke, complexe en rommelige wereld die wij mensen creëren en waarin wij leven, vol signalen, enkele belangrijke, sommige alleen maar afleidend, en andere die toch puur lawaai zijn, " legt Jan Lagerwall uit, Professor in de afdeling Fysica en Materiaalkunde (DPhyMS) aan de Universiteit van Luxemburg en hoofdonderzoeker van de studie.

Nieuwe aanpak met vloeibare kristallen

Terwijl de meeste pogingen om robots toegang te geven tot door mensen bevolkte omgevingen gericht zijn op het bieden van de robots een combinatie van meerdere sensorische inputs en enorme rekenkracht, een andere benadering wordt nu voorgesteld door Prof. Jan Lagerwall en zijn twee teamleden Yong Geng en Rijeesh Kizhakidathazhath van de Universiteit van Luxemburg, in samenwerking met Prof. Mathew Schwartz, die een expert is in automatisering en ontwerp van de gebouwde omgeving aan het New Jersey Institute of Technology.

De belangrijkste doorbraak die in het artikel wordt gepresenteerd, is de realisatie van retroreflecterende bollen gemaakt van cholesterische vloeibare kristallen, die in vaste toestand worden omgezet door een proces dat polymerisatie wordt genoemd. In een weg, deze bollen zijn vergelijkbaar met de retroreflectoren die we in de veiligheidsvesten in onze auto's hebben, in verkeersborden en in bepaalde kleding, omdat ze licht terugsturen naar de bron, ongeacht de richting waarin ze worden verlicht. Maar er zijn twee zeer belangrijke verschillen die deze cholesterische sferische reflectoren (CSR's) zo nuttig maken. Eerst, de reflectie is beperkt tot een smal golflengtebereik, verklaren waarom het menselijk oog ze niet ziet. Tweede, de reflectie is circulair gepolariseerd, op dezelfde manier als elk van de twee films die tegelijkertijd in een 3D-bioscoop worden vertoond, circulair gepolariseerd zijn, op tegenovergestelde manieren.

"Als je ooit je bril afzette in een 3D-bioscoop, zul je gemerkt hebben dat het menselijk oog geen verschillende polarisaties kan onderscheiden, zoals onze beide ogen dan beide films zien, en we ervaren gewoon een vreemd "schaduw"-effect. De bril bevat circulaire polarisatoren, de ene rechtshandig en de andere linkshandig, ervoor zorgen dat ons rechteroog alleen de film voor het rechteroog ziet, de linker alleen de film voor het linkeroog. Buiten een bioscoop, de wereld is zeer zelden circulair gepolariseerd en dit betekent dat de circulaire polarisatie van CSR's vrij uniek is. Een robot die is ontworpen om CSR-gecodeerde informatie uit te lezen, heeft twee camera's, beide actief in de ultraviolette en/of infrarode gebieden waarin de CSR's reflecteren, en elk heeft een circulaire polarisator van een ander type, net als een 3D-bioscoopbril. De robot trekt de ene afbeelding van de andere af, wat betekent dat alle visuele informatie die niet circulair gepolariseerd is, dat is alle inhoud behalve de CSR's, wordt opgeheven, omdat deze informatie identiek lijkt aan de twee camera's. Maar de CSR's blijven, omdat ze alleen zichtbaar zijn voor de ene camera, maar niet voor de andere. Hierdoor kan de robot de CSR-gecodeerde informatie extreem snel identificeren, met minimale rekenkracht, en zonder risico op valse positieven, ', leggen de wetenschappers uit.