Μια νέα αυγή στη ρομποτική: Περιστροφή αντικειμένων με βάση την αφή

Σε μια πρωτοποριακή εξέλιξη, μια ομάδα μηχανικών στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια του Σαν Ντιέγκο (UCSD) σχεδίασε ένα ρομποτικό χέρι που μπορεί να περιστρέφει αντικείμενα χρησιμοποιώντας μόνο την αφή, χωρίς την ανάγκη οπτικής εισαγωγής. Αυτό καινοτόμος προσέγγιση εμπνεύστηκε από τον αβίαστο τρόπο που οι άνθρωποι χειρίζονται αντικείμενα χωρίς να χρειάζεται απαραίτητα να τα δουν.

Μια προσέγγιση με ευαισθησία στην αφή για χειρισμό αντικειμένων

Η ομάδα εξόπλισε ένα ρομποτικό χέρι με τέσσερα δάχτυλα με 16 αισθητήρες αφής απλωμένους στην παλάμη και τα δάχτυλά του. Κάθε αισθητήρας, που κοστίζει περίπου 12 $, εκτελεί μια απλή λειτουργία: ανιχνεύει εάν ένα αντικείμενο τον αγγίζει ή όχι. Αυτή η προσέγγιση είναι μοναδική, καθώς βασίζεται σε πολυάριθμους αισθητήρες αφής χαμηλού κόστους και χαμηλής ανάλυσης που χρησιμοποιούν απλά δυαδικά σήματα—αφή ή καθόλου αφής—για την εκτέλεση ρομποτικής περιστροφής στο χέρι.

Αντίθετα, άλλες μέθοδοι εξαρτώνται από μερικούς αισθητήρες αφής υψηλού κόστους και υψηλής ανάλυσης που είναι τοποθετημένοι σε μια μικρή περιοχή του ρομποτικού χεριού, κυρίως στα χέρια. Ο Xiaolong Wang, καθηγητής ηλεκτρολογίας και μηχανικής υπολογιστών στο UC San Diego, ο οποίος ηγήθηκε της μελέτης, εξήγησε ότι αυτές οι προσεγγίσεις έχουν αρκετούς περιορισμούς. Ελαχιστοποιούν την πιθανότητα οι αισθητήρες να έρθουν σε επαφή με το αντικείμενο, περιορίζοντας την ικανότητα αίσθησης του συστήματος. Οι αισθητήρες αφής υψηλής ανάλυσης που παρέχουν πληροφορίες σχετικά με την υφή είναι εξαιρετικά δύσκολο να προσομοιωθούν και είναι απαγορευτικά ακριβοί, καθιστώντας δύσκολη τη χρήση τους σε πειράματα πραγματικού κόσμου.

Η δύναμη των δυαδικών σημάτων

«Δείχνουμε ότι δεν χρειαζόμαστε λεπτομέρειες σχετικά με την υφή ενός αντικειμένου για να κάνουμε αυτήν την εργασία. Χρειαζόμαστε απλά απλά δυαδικά σήματα για το εάν οι αισθητήρες έχουν αγγίξει το αντικείμενο ή όχι, και αυτά είναι πολύ πιο εύκολο να προσομοιωθούν και να μεταφερθούν στον πραγματικό κόσμο», είπε ο Wang.

Η ομάδα εκπαίδευσε το σύστημά της χρησιμοποιώντας προσομοιώσεις ενός εικονικού ρομποτικού χεριού που περιστρέφει ένα διαφορετικό σύνολο αντικειμένων, συμπεριλαμβανομένων αυτών με ακανόνιστο σχήμα. Το σύστημα αξιολογεί ποιοι αισθητήρες στο χέρι αγγίζονται από το αντικείμενο σε οποιαδήποτε δεδομένη χρονική στιγμή κατά τη διάρκεια της περιστροφής. Αξιολογεί επίσης τις τρέχουσες θέσεις των αρθρώσεων του χεριού, καθώς και τις προηγούμενες ενέργειές τους. Χρησιμοποιώντας αυτές τις πληροφορίες, το σύστημα καθοδηγεί το ρομποτικό χέρι ποια άρθρωση πρέπει να πάει πού στο επόμενο χρονικό σημείο.

Το μέλλον της ρομποτικής χειραγώγησης

Οι ερευνητές δοκίμασαν το σύστημά τους στο ρομποτικό χέρι της πραγματικής ζωής με αντικείμενα που το σύστημα δεν έχει ακόμη συναντήσει. Το ρομποτικό χέρι ήταν σε θέση να περιστρέφει μια ποικιλία αντικειμένων χωρίς να σταματήσει ή να χάσει το κράτημά του. Τα αντικείμενα περιελάμβαναν μια ντομάτα, μια πιπεριά, ένα κουτάκι με φυστικοβούτυρο και μια λαστιχένια πάπια, που ήταν το πιο δύσκολο αντικείμενο λόγω του σχήματός της. Τα αντικείμενα με πιο πολύπλοκα σχήματα χρειάστηκαν περισσότερο χρόνο για να περιστραφούν. Το ρομποτικό χέρι θα μπορούσε επίσης να περιστρέφει αντικείμενα γύρω από διαφορετικούς άξονες.

Η ομάδα εργάζεται τώρα για να επεκτείνει την προσέγγισή της σε πιο σύνθετες εργασίες χειραγώγησης. Επί του παρόντος, αναπτύσσουν τεχνικές για να επιτρέψουν στα ρομποτικά χέρια να πιάνουν, να ρίχνουν και να ταχυδακτυλουργούν, για παράδειγμα. «Η χειραγώγηση στο χέρι είναι μια πολύ κοινή δεξιότητα που έχουμε εμείς οι άνθρωποι, αλλά είναι πολύ περίπλοκο για τα ρομπότ να κατακτήσουν», είπε ο Wang. «Εάν μπορούμε να δώσουμε στα ρομπότ αυτή την ικανότητα, αυτό θα ανοίξει την πόρτα στα είδη των εργασιών που μπορούν να εκτελέσουν».

Αυτή η εξέλιξη σηματοδοτεί ένα σημαντικό βήμα προόδου στον τομέα της ρομποτικής, ανοίγοντας ενδεχομένως το δρόμο για ρομπότ που μπορούν να χειριστούν αντικείμενα στο σκοτάδι ή σε οπτικά προκλητικά περιβάλλοντα.