Mae'r rhan fwyaf o robotiaid yn cyflawni gafael a synhwyro cyffyrddol trwy ddulliau modurol, a all fod yn rhy swmpus ac anhyblyg. Mae grŵp o Brifysgol Cornell wedi dyfeisio ffordd i robot meddal deimlo ei amgylchoedd yn fewnol, yn yr un ffordd i raddau helaeth â bodau dynol.
Grŵp a arweinir gan Robert Shepherd, athro cynorthwyol peirianneg fecanyddol ac awyrofod a phrif ymchwilydd yn Labordy Roboteg Organig, wedi cyhoeddi papur yn disgrifio sut mae tonnau optegol ymestynadwy yn gweithredu fel synwyryddion crymedd, elongation a grym mewn llaw robotig meddal.
Myfyriwr doethuriaeth Huichan Zhao yw prif awdur “Llaw Prosthetig Meddal wedi'i Chynnwys yn Optoelectronig trwy Ganllawiau Tonnau Optegol Ymestynadwy,” sy’n cael sylw yn rhifyn cyntaf Science Robotics. Cyhoeddodd y papur Rhagfyr 6; yn cyfrannu hefyd roedd y myfyrwyr doethurol Kevin O'Brien a Shuo Li, y ddau o labordy Shepherd.
“Mae gan y mwyafrif o robotiaid heddiw synwyryddion ar y tu allan i’r corff sy’n canfod pethau o’r wyneb,” meddai Zhao. “Mae ein synwyryddion wedi’u hintegreiddio o fewn y corff, felly maen nhw mewn gwirionedd yn gallu canfod grymoedd sy’n cael eu trosglwyddo trwy drwch y robot, yn debyg iawn i ni a phob organeb pan rydyn ni’n teimlo poen, er enghraifft.”
Mae canllawiau tonnau optegol wedi bod yn cael eu defnyddio ers y 1970au cynnar ar gyfer nifer o swyddogaethau synhwyro, gan gynnwys cyffyrddol, lleoliad ac acwstig. Roedd gwneuthuriad yn broses gymhleth yn wreiddiol, ond mae dyfodiad lithograffeg feddal ac argraffu 20-D dros yr 3 mlynedd diwethaf wedi arwain at ddatblygu synwyryddion elastomeric sy'n hawdd eu cynhyrchu a'u hymgorffori mewn cymhwysiad robotig meddal.
Defnyddiodd grŵp Shepherd broses lithograffeg feddal pedwar cam i gynhyrchu'r craidd (y mae golau'n ymledu trwyddo), a'r cladin (arwyneb allanol y canllaw tonnau), sydd hefyd yn gartref i'r LED (deuod allyrru golau) a'r ffotodiod.
Po fwyaf y mae'r llaw prosthetig yn anffurfio, y mwyaf o olau a gollir trwy'r craidd. Y golled newidiol honno o olau, fel y’i canfyddir gan y ffotodiod, sy’n caniatáu i’r prosthesis “synhwyro” ei amgylchoedd.
“Pe na bai golau’n cael ei golli wrth blygu’r prosthesis, fydden ni ddim yn cael unrhyw wybodaeth am gyflwr y synhwyrydd,” meddai Shepherd. “Mae maint y golled yn dibynnu ar sut mae'n plygu.”
Defnyddiodd y grŵp ei brosthesis optoelectroneg i gyflawni amrywiaeth o dasgau, gan gynnwys gafael a stilio am siâp a gwead. Yn fwyaf nodedig, roedd y llaw yn gallu sganio tri thomato a phenderfynu, trwy feddalwch, pa un oedd yr aeddfedaf.
Dywedodd Zhao fod gan y dechnoleg hon lawer o ddefnyddiau posibl y tu hwnt i brosthesis, gan gynnwys robotiaid bio-ysbrydoledig, y mae Shepherd wedi'u harchwilio ynghyd â Mason Peck, athro cyswllt peirianneg fecanyddol ac awyrofod, i'w ddefnyddio wrth archwilio'r gofod.
“Nid oes gan y prosiect hwnnw unrhyw adborth synhwyraidd,” meddai Shepherd, gan gyfeirio at y cydweithrediad â Peck, “ond pe bai gennym synwyryddion, gallem fonitro mewn amser real y newid siâp yn ystod hylosgi [trwy electrolysis dŵr] a datblygu dilyniannau actio gwell i'w gwneud mae'n symud yn gyflymach."
Bydd gwaith yn y dyfodol ar dywysyddion tonnau optegol mewn roboteg feddal yn canolbwyntio ar alluoedd synhwyraidd cynyddol, yn rhannol trwy argraffu 3-D siapiau synhwyrydd mwy cymhleth, a thrwy ymgorffori dysgu peirianyddol fel ffordd o ddatgysylltu signalau o nifer cynyddol o synwyryddion. “Ar hyn o bryd,” meddai Shepherd, “mae'n anodd lleoleiddio o ble mae cyffyrddiad yn dod.”
Cefnogwyd y gwaith hwn gan grant gan Swyddfa Ymchwil Gwyddonol yr Awyrlu, a gwnaeth ddefnydd o'r Cyfleuster Gwyddoniaeth a Thechnoleg NanoScale Cornell a Canolfan Cornell ar gyfer Ymchwil Deunyddiau, a gefnogir gan y Sefydliad Gwyddoniaeth Cenedlaethol.
- Tom Fleischman, Prifysgol Cornell