Artificiële optische huid voor intelligente robots

Artificial optical skin for intelligent robots

Aantal studenten:  1 of 2
Aantal masterproeven:  1
Promotor 1: Jan Vanfleteren
Promotor 2:  Geert Van Steenberge
Begeleider 1: Bram Van Hoe
Begeleider 2: Erwin Bosman
Contactpersoon: Bram Van Hoe
Richtingen:  M. in de ir.-wet.: elektrotechniek/M. in de ir.-wet.: fotonica

Trefwoorden: robot, sensor, tast, druk, laser

Probleemstelling:

Naar analogie met de menselijke huid verstaat men onder een artificiële huid een oppervlak met daarin of daarop een (groot) aantal sensoren. In het kader van deze masterproef wordt een dergelijke kunstmatige huid ontwikkeld, met als finale doelstelling een adaptieve robot hand te bouwen. In verschillende toepassingen zijn robots reeds in staat om menselijke handelingen te vervangen, bijvoorbeeld in de automobiel industrie. Een meer algemene inzetbaarheid vereist echter een “human touch”, wat meteen ook de reden is waarom robots vandaag geen fragile objecten kunnen grijpen. Een intelligente robot met tactiele feedback tijdens het grijpen van een ongekend object zou een ongeziene doorbraak betekenen in de wereld van robotics.

Momenteel worden wereldwijd een aantal technologieën onderzocht voor artificial skin, gebaseerd op netwerken van elektrische sensoren, geïntegreerd op mechanisch flexibele substraten. Deze technologie vertoont een aantal belangrijke tekortkomingen. Om deze weg te werken, stellen we voor om optische sensoren te gebruiken, en om deze sensoren in een elastisch substraat te integreren in plaats van een louter flexibel. De sensor steunt op het principe van optische feedback in een VCSEL (vertical cavity surface emitting laser), en laat zeer gevoelige drukmetingen toe.

Optische feedback wordt gecreëerd door reflectie van het laserlicht aan een externe reflector. Bij inkoppeling in de laser caviteit veroorzaakt het een interferometrisch signaal in de stroom door de VCSEL dat kan uitgelezen worden aan zijn elektrische contacten. Dit signaal wordt bepaald door de fase van het teruggekoppeld licht die op zijn beurt afhangt van de afstand, de externe caviteitslengte, tot de externe reflector. Bij verplaatsing van de externe reflector ontstaat er een periodiek signaal waarvan één periode overeenkomt met een verplaatsing van λ/2 = 425nm. Deze verplaatsing wordt gerelateerd aan druk doordat de externe caviteit bestaat uit een geschikt sensormateriaal.



Doelstelling:

In deze masterproef is het de bedoeling om een artificiële optische huid te ontwikkelen, gebaseerd op het integreren van lasers (VCSELs) in flexibele en rekbare substraten. Na het systeem design, het bouwen en het karakteriseren van de skin, zal in samenwerking met een externe partner een robot hand voorzien worden van de ontwikkelde kunstmatige huid.  In samenspraak met de kandidaat kunnen bepaalde aspecten meer benadrukt worden.

Concreet valt het werk uiteen in volgende onderdelen:

 

·         Sensor design: studie van het sensor principe, uitbreiding van bestaande concepten voor punt-metingen naar oppervlakte-metingen

·         Systeem design: signaal conditionering, analoog digitaal conversie, signaalverwerking

·         Technologie ontwikkeling: meevolgen van de technologische stappen om de kunstmatige huid te fabriceren

·         Karakterisen van de kunstmatige huid op gespecialiseerde drukopstellingen

·         Toepassing voor intelligente robots: in samenwerking met een externe partner

Locatie:

Ardoyen (clean rooms) en thuis

Comments