Ingenieurs hebben een sensor ontwikkeld die een aantal verschillende texturen van stoffen kan herkennen. Dit kan het tastvermogen van robots en menselijke protheses verbeteren.
Ingenieurs van de Zuidelijke Universiteit voor Wetenschap en Technologie in Shenzhen, China, hebben een elektronische huid ontwikkeld die texturen kan voelen. De makers baseerden hun sensor op de mensenhuid.
In de huid van menselijke vingertoppen zitten twee soorten receptoren waarmee we objecten voelen. De eerste soort receptor neemt druk waar van objecten die niet bewegen, bijvoorbeeld als je een kopje vasthoudt of op een tafel drukt. De andere receptor neemt vibraties waar van objecten die langs de huid bewegen, bijvoorbeeld als het kopje uit je hand glipt of als je met je vinger over de tafel wrijft. Die laatste receptor is belangrijk voor het voelen van texturen.
‘Ik probeer robots te ontwikkelen die ook echt een nieuwe stap maken’
Hoe werkt vliegen? Dat lijkt een simpele vraag, maar voor luchtvaarttechnicus en bioloog David Lentink is het een levenslange zoektocht.
Veel artificiële huiden bevatten twee sensors, die ieder een type receptor nadoen. In de nieuwe robothuid van ingenieurs Ningning Bai en haar collega’s is dat echter niet zo. Zij bouwden de functionaliteit van beide soorten receptoren na in een enkele mechanische sensor. Ze publiceerden hun ontwerp in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications.
Vingerafdruk
Net als eerdere robothuiden neemt de sensor van Bai en haar collega’s onder andere objecten waar die niet bewegen. Wanneer een object op de sensor drukt, komen twee elektroden via een gel met elkaar in contact. Daarbij ontstaat een meetbaar elektrisch signaal.
Waar de robothuid van het team echter in uitblinkt, is in het vermogen om texturen te herkennen. Om dit te bereiken, zetten de onderzoekers een silicone vingerafdruk op de sensor, die qua vorm erg lijkt op die van de mens. Wanneer de silicone vingerafdruk over een textiel beweegt, botsen de groeven van de afdruk tegen de minuscule ribbels van de stof. Hierbij ontstaan trillingen die de onderliggende sensor omzet in elektrische signalen, net zoals bij de ‘gewone’ druksignalen.
Nauwkeurig ribbelgevoel
Een AI-systeem verwerkt vervolgens de signalen. Dit systeem leerde van twintig bekende stoffen, waaronder linnen, nylon en polyester, het bijbehorende patroon van elektrische signalen. Hierdoor kan de robothuid deze stoffen binnen 20 milliseconden herkennen met wel 98,9 procent nauwkeurigheid.
De robothuid is hierin veel nauwkeuriger dan de mens. Door de silicone vingerafdruk neemt de sensor ribbels waar van maar 15 micrometer breed en 6 micrometer hoog. Dat is net iets dunner dan een mensenhaar. Mensen voelen niks kleiner dan 50 micrometer groot.
Protheses
Volgens de onderzoekers kan de sensor het tastvermogen van robots en menselijke protheses verbeteren. Michaël Wiertlewski, deskundige op het gebied van cognitieve robots bij de TU Delft, denkt echter dat de sensor voor die toepassingen nog tekortschiet. ‘Als je objecten wilt manipuleren, is texturen herkennen niet genoeg’, zegt hij. Je moet ook kunnen voelen wat er gebeurt wanneer je iets vasthoudt, bijvoorbeeld om te weten welke vingers moeten samentrekken, zodat een kopje niet uit de hand glipt. De sensor van Bai en haar collega’s lijkt dat niet te kunnen, zegt Wiertlewski.
Desondanks vindt Wiertlewski het een mooi ontwerp. ‘De vingerafdruk is een goede toevoeging, omdat het de gevoeligheid verhoogt’, zegt hij.
