Zacht vel meet hoe het buigt en draait
Onderzoekers van MIT maakten een zacht, rekbaar vel met lichtgeleidende vezels dat meet hoe het buigt en draait. Een computer maakt daar een 3D-model van, tot op minder dan een halve centimeter nauwkeurig. Het kan later helpen bij fysiotherapie, games en robots.
Wie zijn bewegingen wil laten meten, bijvoorbeeld voor een film, een game of bij de fysiotherapeut, krijgt meestal een pak met harde sensoren op vaste punten. Dat zit niet fijn en het meet alleen op die punten. Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) in de Verenigde Staten kozen een andere aanpak. Zij maakten een zacht vel dat als een tweede huid om een arm kan, en dat over het hele oppervlak meet hoe het buigt en draait.
Het onderzoek verscheen in het vakblad Advanced Intelligent Systems. MIT maakte het op 8 oktober bekend. Het werk komt van promovendi Qifan Yu en Nina Cao en van Kaitlyn Becker, docent werktuigbouwkunde.
Licht dat de vorm verraadt
Het vel is gemaakt van zachte siliconen. Daarin lopen in een zigzagpatroon dunne vezels die licht geleiden, een beetje zoals glasvezel, maar dan van doorzichtig, buigzaam rubber. Elke vezel is ongeveer een millimeter dik en heeft een zwart omhulsel.
Aan het ene eind van elke vezel zit een lampje, aan het andere eind een lichtsensor. Buigt het vel, dan komt er minder of meer licht aan de overkant. De slimme vondst: één kant van elke vezel is expres ruw gemaakt. Buigt de vezel naar die ruwe kant, dan verandert het licht anders dan wanneer hij de andere kant op buigt. Zo weet het systeem niet alleen hoe sterk een vezel buigt, maar ook in welke richting.
Een computerprogramma zet al die lichtmetingen om in hoeveel elke vezel buigt. Uit die stukjes bouwt het bijna direct een 3D-model van het hele vel op: een digitale tweeling die meebeweegt. In proeven draaiden en vouwden de onderzoekers het vel in allerlei vormen, en het model op het scherm deed die bewegingen na.
Nauwkeuriger dan harde sensoren
Om te meten hoe goed het werkt, legden de onderzoekers het vel over 3D-geprinte vormen en vergeleken ze die met het model. Volgens Yu was het verschil kleiner dan 0,4 centimeter. Bestaande systemen met harde sensoren zitten volgens hem meestal 1 tot 2 centimeter naast de werkelijkheid.
Het vel is ook goed bestand tegen schade. Als een paar vezels doorgeknipt of losgekoppeld zijn, berekenen de overgebleven vezels de vorm nog steeds goed. Om de beste indeling te vinden, rekenden de onderzoekers eerst verschillende patronen door op de computer, van een dambordpatroon tot zigzaglijnen.
Van fysiotherapie tot robots
De onderzoekers denken aan kleding die je bewegingen volgt. Daarmee kun je een figuur in een game of een robot op afstand besturen. Ook in de zorg kan het nuttig zijn. Een fysiotherapeut kan het vel om een arm of been wikkelen en zo per behandeling vastleggen hoe ver iemand een gewricht kan bewegen. Becker wil zo hulpmiddelen maken die het werk van fysiotherapeuten ondersteunen en de vooruitgang van patiënten meetbaar maken. Omdat het vel helemaal zacht is, is het volgens Yu ook veiliger als robots met mensen werken.
WATTBA schreef eerder over een bril met sensoren die hun eigen stroom opwekken: ook daar draait het om meten op het lichaam zonder dat het stoort.
De volgende stappen
Het vel is nu nog een prototype, met een externe printplaat die de lichtsignalen verzamelt. De onderzoekers willen de vezels veel dunner maken, van een millimeter naar enkele honderdsten van een millimeter. Dan passen er veel meer vezels in het vel, en kan het ook kleinere vormveranderingen zien.
Wat betekent dit voor de weg naar de singulariteit?
Robots en AI-systemen leren steeds vaker van menselijke bewegingen. Daarvoor zijn goede, prettige meetinstrumenten nodig. Een zacht vel dat over een hele arm of hand meet, levert veel rijkere gegevens dan een paar losse sensoren. Met zulke gegevens kan een AI-model leren hoe mensen bewegen, en kan een robot op afstand precies volgen wat iemand voordoet.
Het omgekeerde geldt ook: een robot met zo'n zachte huid weet zelf welke vorm zijn lichaam heeft. Dat helpt bij zachte robots die veilig met mensen samenwerken. Hoe dunner en fijner de vezels worden, hoe dichter zo'n huid bij ons eigen gevoel komt. Dat is een mooie stap naar machines die de fysieke wereld net zo goed aanvoelen als wij.
