1872, Charles Darwin publicerade sitt tredje stora verk om evolutionsteori, "Uttrycket av känslor hos människor och djur, " som utforskar de biologiska aspekterna av känslolivet.

I det, Darwin skriver:"Knappast någon uttrycksfull rörelse är så allmän som den ofrivilliga erektionen av hårstrån, fjädrar och andra dermala bihang ... det är vanligt i tre av de stora ryggradsdjursklasserna." Nästan 150 år senare, robotteknikområdet börjar hämta inspiration från de orden.

"Aspekten av beröring har inte utforskats mycket i interaktion mellan människa och robot, men jag trodde ofta att människor och djur har denna förändring i sin hud som uttrycker deras inre tillstånd, sa Guy Hoffman, biträdande professor och Mills Family Faculty Fellow vid Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering (MAE).

Inspirerad av denna idé, Hoffman och elever i hans Human-Robot Collaboration and Companionship Lab har utvecklat en prototyp av en robot som kan uttrycka "känslor" genom förändringar i dess yttre yta. Dess skal täcker ett rutnät av texturenheter (TUs) vars former styrs av fluidiska ställdon, baserad på en design utvecklad i labbet av Hoffmans MAE-kollega Rob Shepherd.

Deras arbete beskrivs i ett papper, "Mjuk hudtexturmodulering för sociala robotar, " presenterades i april vid den internationella konferensen om mjuk robotik i Livorno, Italien. Doktoranden Yuhan Hu var huvudförfattare; tidningen visades den 16 maj i IEEE Spectrum, en publikation av Institute of Electrical and Electronics Engineers.

Hoffman, vars TEDx-talk om "Robots with 'soul'" har visats nästan 3 miljoner gånger, sa att inspirationen till att designa en robot som ger ifrån sig nonverbala signaler genom sin yttre hud kommer från djurvärlden, baserad på idén att robotar inte ska ses i mänskliga termer.

"Jag har alltid känt att robotar inte bara borde vara modellerade efter människor eller vara kopior av människor, " sade han. "Vi har många intressanta relationer med andra arter. Robotar kan ses som en av dessa "andra arter, inte försöker kopiera det vi gör utan interagerar med oss ​​på sitt eget språk, utnyttja våra egna instinkter."

En del av vårt förhållande till andra arter är vår förståelse för de icke-verbala signaler som djur ger ifrån sig – som att höja päls på en hunds rygg eller en katts hals, eller rufsandet av en fågels fjädrar. Det är omisskännliga signaler om att djuret på något sätt är upphetsat eller argt; att de både kan ses och kännas stärker budskapet.

"Yuhan uttryckte det väldigt snyggt:Hon sa att människor är en del av artfamiljen, de är inte frånkopplade, Hoffman sa. "Djur kommunicerar på detta sätt, och vi har en känslighet för den här typen av beteende."

På samma gång, det är mycket teknik som utvecklas med aktiva material, som kan ändra sin form och egenskaper vid behov. Faktiskt, en av innovatörerna inom det området – Shepherd, ledare för Organic Robotics Lab – råkar arbeta omkring fem Upson Hall-dörrar bort från Hoffman.

"Det här är en av de fina sakerna med att vara här på Cornell, " sa Hoffman. "Rob är nere i korridoren, och det var så här jag upptäckte denna teknik. Den här typen av nära samarbete är till stor del det jag var så glad över att gå med i Cornell för."

Hoffman och Hus design har en rad två former, gåshud och spikar, som kartlägger olika känslotillstånd. Manöverenheterna för båda formerna är integrerade i texturmoduler, med fluidkammare som förbinder bulor av samma slag.

Teamet provade två olika aktiveringskontrollsystem, med minimering av storlek och ljudnivå en drivande faktor i båda designerna. "En av utmaningarna, "Hoffman sa, "är att många formförändrande teknologier är ganska högljudda, på grund av de inblandade pumparna, och dessa gör dem också ganska skrymmande."

Hoffman har ingen specifik applikation för sin robot med texturförändrande hud kartlagd till dess känslomässiga tillstånd. Vid denna tidpunkt, att bara bevisa att detta kan göras är ett stort första steg. "Det ger oss egentligen bara ett annat sätt att tänka på hur robotar kan designas, " han sa.

Framtida utmaningar inkluderar att skala tekniken för att passa in i en fristående robot – vilken form den än har – och att göra tekniken mer lyhörd för robotens omedelbara känslomässiga förändringar.

"Just nu, de flesta sociala robotar uttrycker [sitt] inre tillstånd endast genom att använda ansiktsuttryck och gester, " avslutar tidningen. "Vi tror att integrationen av en strukturförändrande hud, kombinerar både haptiska [känsla] och visuella modaliteter, kan således avsevärt förbättra det uttrycksfulla spektrumet av robotar för social interaktion."