Ερευνητές Δίνουν Εξαιρετική Ευαισθησία στα Δάχτυλα των Ρομπότ

Μια ομάδα ερευνητών στο Ινστιτούτο Max Planck για τα Ευφυή Συστήματα (MPI-IS) έχουν εισαγάγει einen robusto μαλακό αισθητήρα που βασίζεται στην υπολογιστική όραση και ένα βαθύ νευρωνικό δίκτυο για να εκτιμήσει πού τα αντικείμενα έρχονται σε επαφή με τον αισθητήρα. Μπορεί επίσης να εκτιμήσει πόσο μεγάλοι είναι οι εφαρμοζόμενοι lựcεις.

Η νέα έρευνα, η οποία δημοσιεύθηκε στο Nature Machine Intelligence, θα βοηθήσει τα ρομπότ να αισθανθούν το περιβάλλον τους με την ίδια ακρίβεια όπως οι άνθρωποι και τα ζώα.

Αισθητήρας Σχηματισμού Δαχτύλου Με Σκελετό

Ο αισθητήρας έχει το σχήμα ενός δαχτύλου και είναι κατασκευασμένος από ένα μαλακό κέλυφος που είναι χτισμένο γύρω από einen ελαφρύ σκελετό. Ο σκελετός λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο όπως τα οστά για να σταθεροποιήσει το μαλακό ιστό του δαχτύλου, και είναι κατασκευασμένος από einen ελαστομερή που αναμιγνύεται με ανακλαστικές αλουμινένιες σκαλίστες. Αυτό δημιουργεί einen γκρίζο χρώμα που εμποδίζει το εξωτερικό φως να εισέλθει. Μέσα στο δάχτυλο υπάρχει μια κάμερα 160 μοιρών που καταγράφει τις χρωματιστές εικόνες που φωτίζονται από τους LEDs.

Η εμφάνιση του χρωματικού μοτίβου μέσα στους αισθητήρες αλλάζει ανάλογα με το αντικείμενο που αγγίζει το κέλυφος του αισθητήρα, και η κάμερα καταγράφει γρήγορα εικόνες και τροφοδοτεί το βαθύ νευρωνικό δίκτυο με δεδομένα.

Κάθε μικρή αλλαγή στο φως σε κάθε pixel ανιχνεύεται από τον αλγόριθμο, και μέσα σε μια κλάσμα του δευτερολέπτου, το μοντέλο μηχανικής μάθησης χαρτογραφεί πού το δάχτυλο έρχεται σε επαφή με ένα αντικείμενο. Επίσης, καθορίζει τη δύναμη των δυνάμεων και την κατεύθυνση της δύναμης.

Ο Georg Martius είναι ένας ηγέτης ερευνητικής ομάδας στο MPI-IS και αρχηγός της Ομάδας Αυτόνομης Μάθησης.

«Επιτύχαμε αυτήν την εξαιρετική απόδοση αίσθησης μέσω του καινοτομικού μηχανικού σχεδιασμού του κελύφους, του προκατασκευασμένου συστήματος εικόνας, της αυτόματης συλλογής δεδομένων και της προηγμένης βαθιάς μάθησης», λέει ο Martius.

Ο Huanbo Sun είναι φοιτητής του Martius.

«Η μοναδική υβριδική δομή μας από ένα μαλακό κέλυφος που περιβάλλει einen σκληρό σκελετό εξασφαλίζει υψηλή ευαισθησία και αντοχή. Η κάμερα μας μπορεί να ανιχνεύσει ακόμη και τις μικρότερες παραμορφώσεις της επιφάνειας από μια seule εικόνα», λέει ο Sun.

Σύμφωνα με την Katherine J. Kuchenbecker, Διευθύντρια του Τμήματος Ευφυούς Αίσθησης στο MPI-IS, οι νέοι αισθητήρες θα αποδειχθούν εξαιρετικά χρήσιμοι.

«Προηγούμενοι μαλακοί αισθητήρες αίσθησης είχαν μόνο μικρές περιοχές αίσθησης, ήταν εύθραυστοι και δύσκολοι να κατασκευαστούν, και συχνά δεν μπορούσαν να αισθανθούν δυνάμεις παράλληλες προς το δέρμα, οι οποίες είναι απαραίτητες για τη ρομποτική χειρισμό όπως το κράτημα ενός ποτηριού νερού ή το σπρώξιμο ενός νομίσματος κατά μήκος ενός τραπεζιού», λέει η Kuchenbecker.

Διδάσκοντας τον Αισθητήρα να Μάθει

Για τον αισθητήρα να μάθει, ο Sun ανέπτυξε einen δοκιμαστικό που γεννά τα δεδομένα εκπαίδευσης για το μοντέλο μηχανικής μάθησης να μάθει. Αυτά τα δεδομένα βοηθούν το μοντέλο να κατανοήσει τη συσχέτιση μεταξύ της αλλαγής των raw pixel εικόνας και των εφαρμοζόμενων δυνάμεων. Περίπου 200.000 μετρήσεις γεννήθηκαν από το δοκιμαστικό που εξέτασε τον αισθητήρα γύρω από την επιφάνειά του, και το μοντέλο εκπαιδεύτηκε σε μία ημέρα.

«Ο υλικός και λογισμικός σχεδιασμός που παρουσιάζουμε στη δουλειά μας μπορεί να μεταφερθεί σε eine ποικιλία ρομποτικών μερών με διαφορετικά σχήματα και απαιτήσεις ακρίβειας. Η αρχιτεκτονική μηχανικής μάθησης, η εκπαίδευση και η διαδικασία συλλογής είναι όλες γενικές και μπορούν να εφαρμοστούν σε πολλά άλλα σχέδια αισθητήρων», λέει ο Huanbo Sun.