ロボットに高感度な検出能力を付与するオプティカルレース

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2019/9/11 コーネル大学

(Optical lace gives robots heightened sensory ability)

Stretchable optical lace

・ コーネル大学が、センサリー(感覚)ネットワークを作る、ストレッチャブルなオプティカルレースを開発。ロボットによる環境との相互作用の感知と、それに合わせた挙動の調整を可能にする。
・ 大きく変形するオブジェクトの圧力等の測定に、ビジョンではなくハードウェアを利用する方法を探求し、目を閉じていても指の歪む感触で環境を感知できる生体の神経系に着想を得た。
・ 同大学では過去に、オプティカルファイバーを利用したセンサリーフォームによる歪みの検出を試みている。今回は、3D プリントしたポリエチレンで作製したフレキシブルな多孔質格子構造のコアに、複数のメカノセンサーを備えたストレッチャブルなオプティカルファイバーを通し、LED 照明を取付けてファイバーを点灯。同格子構造のあらゆる箇所を指で押すと、センサーが光子の流れの変化を正確に示す。
・ 単なるコーティングではなく、ロボットの皮膚のような役割を担う同オプティカルレースは、特に寿命初期と末期のヘルスケア産業や製造業での利用に適すると考える。
・ 同オプティカルレースは、神経受容体が密に充填されている人間の指のような感度は持たないが、人間の背部以上の高感度を備える。洗うこともできるため、衣類等のアプリケーションも可能。同センサー技術の商業化のためスタートアップ企業を立ち上げ、拡張現実(AR)トレーニングに向けた、着用者の体型と動きを検出する衣類の製造を目指す。
・ また、折り曲げや捻り等のより複雑な歪みを検出するため、同技術への機械学習の統合の可能性を探求する。構造体が触れられている箇所とその力の大きさを計算するモデルの作製は、現在よりも 30 倍多いセンサーがランダムに分散されるとより困難となるが、機械学習によってそれらの工程が高速化できると考える。
・ 本研究は、米空軍研究所(AFOSR)および米国立衛生研究所(NIT)のグラントにより実施した。
URL: http://news.cornell.edu/stories/2019/09/optical-lace-gives-robots-heightened-sensoryability 7

(関連情報)
Science Robotics 掲載論文(フルテキスト)
Optical lace for synthetic afferent neural networks
URL: https://robotics.sciencemag.org/content/4/34/eaaw6304

<NEDO海外技術情報より>

Abstract

Whereas vision dominates sensing in robots, animals with limited vision deftly navigate their environment using other forms of perception, such as touch. Efforts have been made to apply artificial skins with tactile sensing to robots for similarly sophisticated mobile and manipulative skills. The ability to functionally mimic the afferent sensory neural network, required for distributed sensing and communication networks throughout the body, is still missing. This limitation is partially due to the lack of cointegration of the mechanosensors in the body of the robot. Here, lacings of stretchable optical fibers distributed throughout 3D-printed elastomer frameworks created a cointegrated body, sensing, and communication network. This soft, functional structure could localize deformation with submillimeter positional accuracy (error of 0.71 millimeter) and sub-Newton force resolution (~0.3 newton).