Американські інженери створили м'який актуатор, здатний згинатися і захоплювати предмети. Всередині нього розташоване оптоволокно, яке виступає як основа інтерферометра, що дозволяє вимірювати кут закручування актуатора і розміри захоплюваних об'єктів. Стаття опублікована в.
М'які роботи являють собою більш безпечну альтернативу класичним роботам в деяких областях, наприклад, в медицині. У них часто застосовують корпус і деталі з еластомера, а також пневматичний принцип руху із зовнішнім насосом (хоча є і повністю автономні прототипи з власним виробленням газу). Але зазвичай пневматичні актуатори виконують лише своє основне завдання, а за контроль їх руху відповідає окремий блок з камерою і комп'ютером.
Інженери з Університету Джорджії під керівництвом Мейбл Хо (Mable Fok) створили актуатор для хапання предметів, що відстежує свою деформацію. Він складається з декількох частин. Всередині розташований м'який стрижень діаметром в три міліметри, а всередині стрижня розташоване тонке оптоволокно з високим рівнем подвійного променепреломління - розщепленням вхідного променя на два з різним напрямком. Після створення стрижня з вбудованим оптоволокном воно поміщається в циліндричну форму, в яку заливають інший еластомер - матеріал корпусу актуатора. Перед цим всередину навколо стрижня ставиться форма, закручена по спіралі навколо нього. Після ствердування еластомера вона витягується і на її місці утворюється порожній канал.
Цей канал підключається до насосу, який може накачувати в нього повітря і розширювати його. Оскільки канал має спіральну будову, при розширенні він змушує актуатор теж згортатися в спіраль, що можна використовувати для обхоплювання предметів. Кут закручування залежить від тиску: максимальне значення кут становить 540 градусів і досягається при тиску 0,67 мегапаскаля.
Головна особливість актуатора полягає в тому, що він може відстежувати кут закручування і визначати діаметр захоплюваних об'єктів. Інженерам вдалося досягти цього завдяки тому, що вони використовували оптоволокно всередині актуатора в якості основного елемента інтерферометра Саньяка. У ньому два кінці оптичного шляху під'єднані через напівпрозору призму до лазерного випромінювача і детектора, і завдяки призмі промені рухаються в протилежних напрямках. Особливість інтерферометра полягає в тому, що при обертанні між протинаправленими променями виникає зсув фаз, пропорційний швидкості обертання і площі кільця інтерферометра.
Інтерферометр, зібраний авторами статті, дозволив відстежувати кут закручування актуатора завдяки зміні детектованої довжини хвилі і загасанню сигналу. При закручуванні з 0 до 540 градусів зсув довжини хвилі порівняно з вихідним вивченням становить 16,66 нанометрів. Крім кута закручування актуатор може вимірювати і розмір захоплюваного предмета завдяки тому, що рівень загасання сигналу на виході з інтерферометра залежить від діаметра предмета. При обхоплюванні предметів діаметром в 1, 4 і 8 міліметрів зміна потужності сигналу склала ‑ 14,59, ‑ 18,43 і ‑ 23,21 децибел відповідно.
У 2018 році ми розповідали про іншу розробку з цієї області. Тоді американські інженери створили брусок еластомера з безліччю оптичних волокон всередині і навчили його відстежувати величину і тип деформації завдяки загасанню сигналу і алгоритму машинного навчання.