Nel 1872, Charles Darwin pubblicò il suo terzo importante lavoro sulla teoria dell'evoluzione, "L'espressione delle emozioni nell'uomo e negli animali, " che esplora gli aspetti biologici della vita emotiva.

Dentro, Darwin scrive:"Quasi qualsiasi movimento espressivo è così generale come l'erezione involontaria dei peli, piume e altre appendici dermiche... è comune in tre delle grandi classi di vertebrati." Quasi 150 anni dopo, il campo della robotica comincia a trarre ispirazione da quelle parole.

"L'aspetto del tocco non è stato esplorato molto nell'interazione uomo-robot, ma ho spesso pensato che le persone e gli animali hanno questo cambiamento nella loro pelle che esprime il loro stato interno, "ha detto Guy Hoffman, assistente professore e Mills Family Faculty Fellow presso la Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering (MAE).

Ispirato da questa idea, Hoffman e gli studenti del suo laboratorio di collaborazione e compagnia uomo-robot hanno sviluppato un prototipo di robot in grado di esprimere "emozioni" attraverso i cambiamenti nella sua superficie esterna. La sua pelle copre una griglia di unità di trama (TU) le cui forme sono controllate da attuatori fluidici, basato su un progetto sviluppato nel laboratorio di Rob Shepherd, collega di Hoffman al MAE.

Il loro lavoro è dettagliato in un documento, "Modulazione della consistenza morbida della pelle per i robot sociali, " presentato ad aprile alla Conferenza Internazionale sulla Robotica Soft a Livorno, Italia. Il dottorando Yuhan Hu è stato l'autore principale; il documento è stato presentato il 16 maggio su IEEE Spectrum, una pubblicazione dell'Institute of Electrical and Electronics Engineers.

Hoffman, il cui discorso TEDx su "Robots with 'soul'" è stato visto quasi 3 milioni di volte, ha detto che l'ispirazione per la progettazione di un robot che emette segnali non verbali attraverso la sua pelle esterna viene dal mondo animale, basato sull'idea che i robot non dovrebbero essere pensati in termini umani.

"Ho sempre pensato che i robot non dovrebbero essere semplicemente modellati sugli umani o essere copie di umani, " ha detto. "Abbiamo molti rapporti interessanti con altre specie. I robot potrebbero essere pensati come una di quelle "altre specie, ' non cercando di copiare ciò che facciamo ma interagendo con noi con il loro linguaggio, attingendo ai nostri istinti".

Parte della nostra relazione con le altre specie è la nostra comprensione dei segnali non verbali che gli animali emettono - come l'alzare il pelo sulla schiena di un cane o sul collo di un gatto, o lo scompiglio delle piume di un uccello. Questi sono segnali inequivocabili che l'animale è in qualche modo eccitato o arrabbiato; il fatto che possano essere sia visti che sentiti rafforza il messaggio.

"Yuhan l'ha detto molto bene:ha detto che gli umani fanno parte della famiglia delle specie, non sono disconnessi, " Ha detto Hoffman. "Gli animali comunicano in questo modo, e abbiamo una sensibilità per questo tipo di comportamento".

Allo stesso tempo, c'è molta tecnologia in fase di sviluppo con materiali attivi, che possono cambiare forma e proprietà su richiesta. Infatti, uno degli innovatori in quel settore – Shepherd, capo dell'Organic Robotics Lab, lavora a circa cinque porte di Upson Hall lontano da Hoffman.

"Questa è una delle cose belle dell'essere qui alla Cornell, " Ha detto Hoffman. "Rob è proprio in fondo al corridoio, ed è così che ho scoperto questa tecnologia. Questo tipo di stretta collaborazione è in gran parte ciò per cui ero così entusiasta di unirmi a Cornell".

Il design di Hoffman e Hu presenta una serie di due forme, pelle d'oca e punte, che mappano a diversi stati emotivi. Le unità di attuazione per entrambe le forme sono integrate nei moduli texture, con camere fluidiche che collegano dossi dello stesso tipo.

Il team ha provato due diversi sistemi di controllo dell'attuazione, con la riduzione al minimo delle dimensioni e del livello di rumore un fattore trainante in entrambi i progetti. "Una delle sfide, "Hoffman ha detto, "è che molte tecnologie che cambiano forma sono piuttosto rumorose, a causa delle pompe coinvolte, e questi li rendono anche piuttosto ingombranti."

Hoffman non ha un'applicazione specifica per il suo robot con la pelle che cambia consistenza mappata al suo stato emotivo. A questo punto, solo dimostrare che questo può essere fatto è un primo passo considerevole. "Ci sta davvero dando un altro modo di pensare a come i robot potrebbero essere progettati, " Egli ha detto.

Le sfide future includono il ridimensionamento della tecnologia per adattarla a un robot autonomo, qualunque sia la forma che assume, e rendere la tecnologia più reattiva ai cambiamenti emotivi immediati del robot.

"Al momento, la maggior parte dei robot sociali esprime il [loro] stato interno solo usando espressioni facciali e gesti, " conclude il documento. "Crediamo che l'integrazione di una pelle che cambia consistenza, combinando entrambe le modalità tattili e visive, può quindi migliorare significativamente lo spettro espressivo dei robot per l'interazione sociale."