MIT представляет роботизированный «палец-копатель», обнаруживающий зарытые объекты тактильными сенсорами

Потеряли что-то на пляже? «Палец-копатель» (Digger Finger) от MIT копает через песок и гравий для обнаружения зарытого объекта.

Оснащенный тактильным чутвением, тонкое пальцеподобное устройство может когда-нибудь быть смонтировано на роботизированную руку и использоваться для обнаружения подземных кабелей или даже взрывчатых веществ.

Исследование команды MIT будет представлено на следующем Международном симпозиуме по экспериментальной робототехнике .

Для обнаружения различных 3D-печатных объектов в песке и крупнозернистом рисе команда в лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта MIT (CSAIL) уменьшила свой существующий тактильный сенсор GelSight , созданный в 2017 году.

Оригинальный (и более громоздкий) GelSight обладает прозрачным гелем, покрытым отражающей мембраной, деформирующейся при нажатии объектов (см. пример деформации в видео выше). Три цвета светодиодов и камера находятся за сенсором.

Свет светит через гель на мембрану, пока камера собирает паттерн отражения мембраны. Алгоритмы компьютерного зрения затем извлекают 3D-форму контактной области, где мягкий палец касается объекта.

Чтобы уменьшить размер сенсора GelSight для роботизированного Digger Finger, команда MIT начала с нового дизайна: исследователи сделали структуру более цилиндрической и со скошенным концом.

Затем инженеры заменили две трети светодиодов комбинацией синих светодиодов и цветной флуоресцентной краски. Конечный результат: устройство размером с кончик пальца с тактильной сенсорной мембраной около 2 квадратных сантиметров.

Команда использовала механические вибрации, чтобы помочь «флюидизировать» рис и песок, чтобы Digger мог копать без забивания зернистого материала механизмами.

«Мы хотели увидеть, как механические вибрации помогают копать глубже и пробивать заторы», — сказал Радхен Патель, постдок в лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта MIT (CSAIL) . «Мы запускали вибрационный мотор на разных рабочих напряжениях, что меняет амплитуду и частоту вибраций».

Застрявший песок было труднее очистить, чем рис, по словам изобретателей, хотя малый размер зерен позволял Digger Finger все равно чувствовать общие контуры целевого объекта.

Патель говорит, что операторам придется регулировать паттерн движения Digger Finger для разных условий «в зависимости от типа среды и размера и формы зерен».

В коротком Q&A ниже Патель рассказывает Tech Briefs, как его команда планирует оптимизировать способность Digger Finger навигировать в различных средах.

Tech Briefs: Может ли роботизированный палец иметь человеческое осязание?

Радхен Патель: Человеческое осязание высокоразмерно. Оно состоит из нескольких типов сенсорных модальностей, работающих на разных скоростях и разрешениях. Удивительно, но только набор из них фактически используется для данного набора задач. Мы не используем все их все время. Так что есть много отвлекающей информации, которая должна быть обработана для конкретной задачи.

Роботизированные пальцы тоже постоянно чувствуют постороннюю информацию через свое осязание — например, когда тянутся к объектам или размещают их в загроможденных пространствах. Что касается поиска зарытых объектов, «отвлекающая информация» — это естественно ощущение зернистых частиц среды на кончиках пальцев, в которых зарыты объекты.

Больше робототехники и сенсоров на Tech Briefs

Навигационная система UC San Diego ведет роботов через самую загруженную зону больницы: Неотложное отделение.

Новые экзоскелетные ноги могут «думать» и принимать управленческие решения самостоятельно с использованием сложных технологий искусственного интеллекта (ИИ).

Носимый сенсор обнаруживает токсичные газы с голограммой.

Tech Briefs: С технологической точки зрения, как Digger Finger «знает» целевой объект от, скажем, камня или комка риса?

Радхен Патель: Мы обучили модель глубокого обучения (сверточную нейронную сеть) на данных изображений [RGB-изображение от камеры внутри Digger Finger] для идентификации или классификации целевых объектов среди комков риса и песка.

Tech Briefs: Чем этот дизайн особенно отличается от предыдущих роботизированных альтернатив поиска и спасения?

Радхен Патель: Основные компоненты Digger Finger включают камеру, систему освещения (светодиоды и флуоресцентную краску), зеркало, гелевую мембрану, прозрачную с одной стороны и с отражательной краской на другой, и прозрачный цилиндрический клиновидный сердечник из акрила, держащий все вышеперечисленные компоненты.

Мы видим наш текущий дизайн Digger Finger как надстройку к существующим поисково-спасательным роботам, которая позволит их придаткам входить в тесные пространства и воспринимать контакт с высоким разрешением.

Tech Briefs: Что дальше? над чем вы будете работать с этим Digger Finger?

Радхен Патель: Остается много работы. С дизайнерской стороны, мы хотим сделать Digger Finger более устойчивым к абразивам, возникающим в процессе копания, особенно на гелевой мембране. Мы также хотели бы спроектировать захват с несколькими Digger Fingers в качестве тактильных придатков и исследовать различные тактильные стратегии исследования для лучшей идентификации и манипуляции зарытыми объектами.

Tech Briefs: Какое применение наиболее волнует вас, когда вы думаете о том, как может использоваться Digger Finger?

Радхен Патель: Мы находим идентификацию и различение контактов в загроможденных пространствах самым захватывающим применением. Это включает обезвреживание взрывных устройств, зарытых под землей, или подбор и размещение объектов в загроможденных пространствах, как сумки для продуктов.

Дополнительные исследователи в исследовании включали аспиранта CSAIL Брандена Ромеро, аспиранта Гарвардского университета Нэнси Оуян и Эдварда Адельсона, профессора науки о зрении Джона и Дороти Уилсона в CSAIL и отделе мозговых и когнитивных наук.

Как вы думаете? Делитесь вопросами и комментариями ниже.