Robòtica
Els científics aporten una sensibilitat extrema de la punta dels dits als robots
Un equip de científics de l'Institut Max Planck de Sistemes Intel·ligents (MPI-IS) ha introduït un sensor hàptic suau robust que es basa en la visió per ordinador i una xarxa neuronal profunda per estimar on els objectes entren en contacte amb el sensor. També pot estimar la magnitud de les forces aplicades.
La nova investigació, que es va publicar a Intel·ligència de la màquina natural, ajudarà els robots a detectar el seu entorn amb la mateixa precisió que els humans i els animals.
Sensor en forma de polze amb esquelet
El sensor té la forma d'un polze i està fet d'una closca suau construïda al voltant d'un esquelet lleuger. L'esquelet actua de la mateixa manera que els ossos per estabilitzar el teixit tou dels dits, i està format per un elastòmer barrejat amb flocs d'alumini reflectants. Això crea un color grisenc que impedeix l'entrada de llum externa. Dins del dit hi ha una càmera d'ulls de peix de 160 graus que enregistra les imatges acolorides il·luminades per LED.
L'aspecte del patró de color dins dels sensors canvia en funció de l'objecte que toca la carcassa del sensor, i la càmera registra ràpidament imatges i alimenta les dades de la xarxa neuronal profunda.
L'algorisme detecta cada petit canvi de llum a cada píxel i, en una fracció de segon, el model d'aprenentatge automàtic dibuixa on el dit entra en contacte amb un objecte. També determina la força de les forces i la direcció de la força.
Georg Martius és líder del grup de recerca Max Planck a MPI-IS i cap del grup d'aprenentatge autònom.
"Hem aconseguit aquest excel·lent rendiment de detecció mitjançant l'innovador disseny mecànic de la carcassa, el sistema d'imatge personalitzat a l'interior, la recollida automàtica de dades i l'aprenentatge profund d'avantguarda", diu Martius.
Huanbo Sun és el doctorat de Martius. estudiant.
"La nostra estructura híbrida única d'una closca suau que tanca un esquelet rígid garanteix una gran sensibilitat i robustesa. La nostra càmera pot detectar fins i tot les més lleus deformacions de la superfície a partir d'una sola imatge", diu Sun.
Segons Katherine J. Kuchenbecker, directora del Departament d'Intel·ligència Hàptica de MPI-IS, els nous sensors seran extremadament útils.
"Els sensors hàptics suaus anteriors només tenien àrees de detecció petites, eren delicats i difícils de fer, i sovint no podien sentir forces paral·leles a la pell, que són essencials per a la manipulació robòtica com sostenir un got d'aigua o fer lliscar una moneda al llarg d'una taula". diu Kuchenbecker.
Ensenyar al sensor a aprendre
Perquè el sensor aprengui, Sun va desenvolupar un banc de proves que genera les dades d'entrenament perquè aprengui el model d'aprenentatge automàtic. Aquestes dades ajuden el model a entendre la correlació entre el canvi en els píxels de la imatge en brut i les forces aplicades. Es van generar unes 200,000 mesures a partir del banc de proves sondejant el sensor al voltant de la seva superfície, i el model es va entrenar en un dia.
“El disseny de maquinari i programari que presentem en el nostre treball es pot transferir a una gran varietat de peces de robot amb diferents formes i requisits de precisió. L'arquitectura d'aprenentatge automàtic, la formació i el procés d'inferència són generals i es poden aplicar a molts altres dissenys de sensors", diu Huanbo Sun.
