Voor het eerst zijn ingenieurs erin geslaagd een robotvinger te ontwerpen waarvan de tastzin zich over de hele oppervlakte uitstrekt. Een doorbraak, zeggen de makers zelf.

De robotvinger kan met een precisie van minder dan een millimeter voelen waar hij wordt aangeraakt. Daarmee doet hij niet onder voor de menselijke tastzin.

'Lange tijd gaapte er een kloof tussen tastsensoren en volledig geïntegreerde robotvingers met tastzin', zegt projectleider Matei Ciocarlie, verbonden aan Columbia Engineering in de Verenigde Staten in een persbericht. 'Nu hebben we aangetoond dat we een robotvinger met een gebogen oppervlak kunnen maken die exact kan voelen waar hij wordt aangeraakt. Ook kan hij druk detecteren.' De onderzoekers publiceerden hun bevindingen woensdag in het wetenschappelijke tijdschrift IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 
 


Dertig ledlampjes

De huidige manier om tastsensoren in robotvingers te verwerken, werkt niet goed. De kromming van de vinger zorgt voor problemen, er is te veel bedrading nodig of de sensoren passen niet in de vingertopjes. Dat maakt dergelijke vingers ongeschikt voor gebruik in prothesen.

De onderzoekers gebruiken licht voor het nabootsen van de tastzin. Onderhuids is de robotvinger voorzien van een laag transparante siliconen, die ze met ruim dertig in dezelfde laag verwerkte led-lichtjes beschijnen. De vinger is daarnaast uitgerust met van ruim dertig fotodioden die meten hoe het licht wordt weerkaatst. Zodra de vinger iets aanraakt, vervormt de huid, wat gevolgen heeft voor de weerkaatsing.
 


Menselijke vinger als voorbeeld

Door exact te meten hoeveel licht er rond gaat, worden er bijna duizend datastromen verzameld die stuk voor stuk informatie bevatten over het soort contact - zelfs in een complexe, driedimensionale vorm als een vinger. 

'Een menselijke vinger is onwaarschijnlijk rijk aan contactinformatie, met meer dan vierhonderd kleine tastsensoren per vierkante centimeter huid', zegt Ciocarlie. 'Dat was het voorbeeld dat we voor ogen hielden. Daarvoor is het noodzakelijk om ervoor te zorgen dat alle zijden van de vinger kunnen voelen. We hebben nu een vinger gemaakt met tastzin zonder dat die ook maar één blinde vlek heeft: overal kan hij voelen.'
 

De nieuwe robotvinger kent vier lagen, vlnr: een 3D-geprint skelet, een flexibele printplaat, een transparante siliconenlaag en een weerkaatsende huid.


Zelflerend algoritme

De lichtsensoren leveren zoveel data op, dat die nauwelijks zijn te verwerken door mensen. Daarom hebben de onderzoekers zelflerende algoritmen gebouwd die de data kunnen interpreteren. Zo wordt snel duidelijk waar de vinger wordt aangeraakt en hoeveel kracht erop wordt toegepast.

De vinger is bovendien zo gemaakt dat hij eenvoudig kan worden geïntegreerd in een prothetische hand. Dankzij de nieuwe technologie zijn daarvoor slechts veertien draadjes nodig.


Foto's: Pedro Piacenza / Columbia Engineering