الروبوتات
باحثون يمنحون الإصبع الروبوتي القدرة على الشعور باللمس
قام باحثون في كلية الهندسة بجامعة كولومبيا بمنح إصبع روبوتي تم تطويره حديثًا القدرة على الشعور باللمس. يمكنه تحديد موقع اللمس بدقة عالية للغاية على أسطح متعددة ومنحنية. يضع هذا التطور الروبوتات خطوة واحدة أقرب إلى الوصول إلى وضع بشري.
ماتي تشيوكارلي هو أستاذ مساعد في أقسام الهندسة الميكانيكية وعلوم الحاسوب. قاد تشيوكارلي البحث بالتعاون مع أستاذ الهندسة الكهربائية إيوانيس (جون) كيميسيس.
“لقد كان هناك فجوة طويلة بين حساسات اللمس المستقلة والأصابع الروبوتية المجهزة بالكامل باللمس – لا يزال الشعور باللمس بعيدًا عن الشمول في操作 الروبوتات” ، يقول تشيوكارلي. “في هذه الورقة ، قدمنا إصبعًا روبوتيًا منحنيًا متعددًا مع تحديد موقع دقيق لللمس واكتشاف القوة العادية على أسطح ثلاثية الأبعاد معقدة.”
الأساليب الحالية المستخدمة لدمج حساسات اللمس في أصابع الروبوت تواجه العديد من التحديات. من الصعب تغطية الأسطح المنحنية المتعددة ، وعدد كبير من الأسلاك ، وصعوبة وضع الحساسات في أطراف الأصابع الصغيرة ، مما يمنع استخدامها في اليدين الخبيرة. تجاوز فريق جامعة كولومبيا هذه التحديات من خلال تطوير نهج جديد: استخدموا إشارات متداخلة من مصادر الضوء ومتلقيها المضمنة في طبقة موجة ضوئية شفافة تغطي المناطق الوظيفية للإصبع.
تمكن الفريق من الحصول على مجموعة بيانات الإشارات التي تتغير استجابةً لتشوه الإصبع بسبب اللمس. فعلوا ذلك عن طريق قياس نقل الضوء بين كل مصدر ومتلقي. تم استخراج المعلومات المفيدة ، مثل موقع الاتصال والقوة العادية المطبقة ، من البيانات من خلال استخدام طرق التعلم العميق القائمة على البيانات. تمكن الفريق من القيام بذلك بدون استخدام النماذج التحليلية.
من خلال هذه الطريقة ، طور فريق البحث إصبعًا روبوتيًا مجهزًا بالكامل بحساسات وعدد أسلاك منخفض. تم بناؤه من خلال استخدام طرق تصنيع متاحة ويمكن دمجه بسهولة في اليدين الخبيرة.
نشرت الدراسة على الإنترنت في IEEE/ASME Transactions on Mechatronics.
كان الجزء الأول من المشروع استخدام الضوء لاكتشاف اللمس. هناك طبقة من السيليكون الشفاف تحت “الجلد” للإصبع ، وشع الفريق الضوء فيها من أكثر من 30 ديود发光. الإصبع也有 أكثر من 30 ديود光ي مسؤولة عن قياس كيفية انعكاس الضوء. بمجرد أن يلمس الإصبع شيئًا ما ، يتغير الجلد ويتحرك الضوء في الطبقة الشفافة تحت الجلد. يقيس الباحثون كمية الضوء التي تنتقل من كل ديود发光 إلى كل ديود لتحديد ما يقرب من 1000 إشارة. تحتوي كل إشارة على معلومات حول الاتصال.
“الإصبع البشري يوفر معلومات اتصال غنية بشكل لا يصدق – أكثر من 400 حساس لمس صغير في كل سنتيمتر مربع من الجلد!” يقول تشيوكارلي. “كان ذلك النموذج الذي دفعنا لمحاولة الحصول على أكبر قدر ممكن من البيانات من إصبعنا. كان من الضروري التأكد من تغطية جميع الاتصالات على جميع جوانب الإصبع – بنينا بشكل أساسي إصبعًا روبوتيًا باللمس بدون نقاط عمياء.”
كان الجزء الثاني من المشروع هو تصميم الفريق للبيانات لتتم معالجتها بواسطة خوارزميات التعلم الآلي. البيانات معقدة للغاية ولا يمكن تفسيرها من قبل البشر. ومع ذلك ، يمكن للتقنيات الحالية للتعلم الآلي تعلم استخراج معلومات محددة ، مثل مكان لمس الإصبع ، وما يلمس الإصبع ، وكيفية تطبيق القوة.
“تظهر نتائجنا أن شبكة عصبية عميقة يمكنها استخراج هذه المعلومات بدقة عالية” ، يقول كيميسيس. “جهازنا هو في الواقع إصبع باللمس مصمم من البداية لاستخدامه بالاشتراك مع خوارزميات الذكاء الاصطناعي.”
صمم الفريق الإصبع أيضًا بحيث يمكن استخدامه على أيدي روبوتية. يمكن للإصبع جمع ما يقرب من 1000 إشارة ، ولكنه يحتاج فقط إلى كبل واحد من 14 سلكًا يصل بينه وبين اليد. لا توجد إلكترونيات معقدة خارج اللوحة مطلوبة لتشغيله.
الチーム حاليًا لديه يدين خبيرتين يتم دمجهما بالإصبع ، وسوف يحاولون استخدام اليدين لتعزيز القدرات اليدوية.
“تتطلب المناولة الروبوتية الخبيرة الآن في مجالات مثل التصنيع واللوجستيات ، وهي واحدة من التكنولوجيات التي تحتاج في الأجل الطويل إلى تمكين المساعدة الروبوتية الشخصية في مجالات أخرى ، مثل الرعاية الصحية أو مجالات الخدمة” ، يقول تشيوكارلي.
