מדענים מביאים רגישות אצבעות קיצונית לרובוטים

צוות של מדענים במכון מקס פלאנק למערכות אינטליגנטיות (MPI-IS) הציגו חיישן הפטי רך עמיד שמסתמך על ראייה ממוחשבת ורשת נוירונים עמוקה כדי להעריך היכן אובייקטים באים במגע עם החיישן. הוא יכול גם להעריך כמה גדולים הכוחות שהופעלו.

המחקר החדש, שפורסם ב- Nature Machine Intelligence, יעזור לרובוטים לחוש את סביבתם בדיוק כמו בני אדם ובעלי חיים.

חיישן בצורת אגודל עם שלד

החיישן הוא בצורת אגודל ועשוי משכבה רכה הבנויה סביב שלד קל משקל. השלד פועל באותו אופן כמו עצמות כדי לייצב את הרקמה הרכה של האצבע, והוא עשוי מאלסטומר מעורבב עם גרגירי אלומיניום מבריקים. זה יוצר צבע אפור שמונע מאור חיצוני להיכנס. בתוך האצבע יש מצלמת דג עין 160 מעלות שמקליטה תמונות צבעוניות המוארות על ידי LED.

מראה הדפוס הצבעוני בתוך החיישנים משתנה בהתאם לאובייקט שנוגע בשכבה של החיישן, והמצלמה מקליטה במהירות תמונות ומזינה את הנתונים של הרשת הנוירונים העמוקה.

כל שינוי קטן באור בכל פיקסל מורגש על ידי האלגוריתם, ובתוך שבריר שנייה, המודל המבוסס מכונת למידה ממפה את המקום שבו האצבע באה במגע עם אובייקט. הוא גם קובע את עוצמת הכוחות וכיוון הכוח.

גאורג מרטיוס הוא מנהל קבוצת מחקר של מקס פלאנק ב- MPI-IS וראש קבוצת הלמידה האוטונומית.

“השגנו את ביצועי החישה המצוינים האלה דרך העיצוב המכני החדשני של השכבה, מערכת התמונה המותאמת מבפנים, איסוף נתונים אוטומטי ולמידה עמוקה בקצה,” אומר מרטיוס.

הואנבו סאן הוא סטודנט לדוקטורט של מרטיוס.

”מבנה ההיבריד הייחודי שלנו של שכבה רכה המקיפה שלד קשיח מבטיח הרגישות ועמידות גבוהה. מצלמתנו יכולה לגלות אפילו את העיוותים הקטנים ביותר של השטח מתמונה בודדת,” אומר סאן.

על פי קתרין ג’יי קוכנבקר, מנהלת מחלקת הבודדיות ב- MPI-IS, החיישנים החדשים יוכיחו עצמם כמאוד שימושיים.

”חיישנים הפטיים רכים קודמים היו רק עם אזורי חישה קטנים, היו עדינים וקשים לייצור, ולעיתים קרובות לא יכלו להרגיש כוחות מקבילים לעור, שהם חיוניים למניפולציה רובוטית כמו אחיזה בכוס מים או החלקת מטבע לאורך שולחן,” אומרת קוכנבקר.

https://www.youtube.com/watch?v=lTAJwcZopAA

לימוד החיישן

כדי שהחיישן ילמד, סאן פיתח מערכת לימוד שמייצרת נתוני אימון עבור מודל הלמידה המכונתית כדי ללמוד. נתונים אלה עוזרים למודל להבין את הקורלציה בין שינוי הפיקסלים הגולמיים של התמונה והכוחות שהופעלו. כ-200,000 מדידות נוצרו מהמערכת שבוחנת את החיישן סביב פני השטח שלו, והמודל הוכשר ביום אחד.

”עיצוב החומרה והתוכנה שאנו מציגים בעבודתנו יכול להיות מועבר למגוון רחב של חלקי רובוט עם צורות ודרישות דיוק שונות. ארכיטקטורת הלמידה המכונתית, האימון ותהליך ההסקה הם כולם כלליים ויכולים להיות מוחלים על עיצובי חיישנים רבים אחרים,” אומר הואנבו סאן.