रोबोटिक उंगली में स्पर्श की भावना लाने वाले शोधकर्ता

कोलम्बिया इंजीनियरिंग के शोधकर्ताओं ने एक नए रोबोटिक उंगली में स्पर्श की भावना लाने का काम किया है। यह बहुत उच्च सटीकता के साथ बड़े, बहु-वक्र सतहों पर स्पर्श को स्थानीयकृत कर सकता है। यह नई तकनीक रोबोटिक्स को मानव-जैसी स्थिति तक पहुंचने के एक कदम और करीब ले आई है।

मेटेई सियोकार्ली मैकेनिकल इंजीनियरिंग और कंप्यूटर साइंस विभागों में एसोसिएट प्रोफेसर हैं। सियोकार्ली ने इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग प्रोफेसर Ioannis (जॉन) Kymissis के सहयोग से शोध का नेतृत्व किया।

“स्टैंड-अलोन टैक्टाइल सेंसर और पूरी तरह से एकीकृत टैक्टाइल उंगलियों के बीच लंबे समय से एक अंतर रहा है – टैक्टाइल सेंसिंग अभी भी रोबोटिक मैनिपुलेशन में व्यापक नहीं है,” सियोकार्ली कहते हैं। “इस पत्र में, हमने एक बहु-वक्र रोबोटिक उंगली का प्रदर्शन किया है जिसमें जटिल 3डी सतहों पर सटीक स्पर्श स्थानीयकरण और सामान्य बल का पता लगाने की क्षमता है।”

वर्तमान में रोबोटिक उंगलियों में स्पर्श सेंसर एकीकृत करने के लिए उपयोग की जाने वाली विधियों का सामना कई चुनौतियों से होता है। बहु-वक्र सतहों को कवर करना मुश्किल है, तारों की संख्या अधिक है, और सेंसर को छोटे उंगली के अंत में फिट करना मुश्किल है, जो दexterous हाथों में उपयोग को रोकता है। कोलम्बिया इंजीनियरिंग टीम ने इन चुनौतियों को पार करने के लिए एक नए दृष्टिकोण का विकास किया: उन्होंने कार्यात्मक क्षेत्रों को कवर करने वाली एक पारदर्शी वेवगाइड परत में एम्बेडेड प्रकाश उत्सर्जक और रिसीवर से ओवरलैपिंग संकेतों का उपयोग किया।

टीम ने स्पर्श के कारण उंगली के विकृति के प्रति संकेत डेटा सेट प्राप्त करने के लिए प्रत्येक उत्सर्जक और रिसीवर के बीच प्रकाश परिवहन को मापा। संपर्क स्थान और लागू सामान्य बल जैसी उपयोगी जानकारी को तब डेटा-चालित गहरे शिक्षण विधियों का उपयोग करके डेटा से निकाला गया। टीम ने विश्लेषणात्मक मॉडल का उपयोग किए बिना ऐसा किया।

इस विधि के माध्यम से, शोध टीम ने एक पूरी तरह से एकीकृत, सेंसरयुक्त रोबोटिक उंगली विकसित की जिसमें तारों की संख्या कम है। यह सुलभ विनिर्माण विधियों के माध्यम से निर्मित किया गया था और दexterous हाथों में आसानी से एकीकृत किया जा सकता है।

अध्ययन ऑनलाइन प्रकाशित किया गया था आईईईई/एएसएमई ट्रांजैक्शन ऑन मेकाट्रोनिक्स में।

परियोजना का पहला भाग स्पर्श को महसूस करने के लिए प्रकाश का उपयोग करना था। उंगली की “त्वचा” के नीचे एक पारदर्शी सिलिकॉन परत है, और टीम ने 30 से अधिक एलईडी से इसमें प्रकाश डाला। उंगली में 30 से अधिक फोटोडायोड भी हैं जो प्रकाश को मापते हैं कि यह कैसे उंगली के चारों ओर घूमता है। जैसे ही उंगली कुछ संपर्क में आती है, त्वचा विकृत हो जाती है और प्रकाश त्वचा के नीचे पारदर्शी परत में घूमता है। शोधकर्ता तब प्रत्येक एलईडी से प्रत्येक डायोड में जाने वाले प्रकाश की मात्रा को मापते हैं ताकि लगभग 1,000 संकेतों का उत्पादन किया जा सके। प्रत्येक संकेत संपर्क के बारे में जानकारी chứaता है।

“मानव उंगली अविश्वसनीय रूप से समृद्ध संपर्क जानकारी प्रदान करती है – प्रति वर्ग सेंटीमीटर त्वचा में 400 से अधिक छोटे स्पर्श सेंसर!” सियोकार्ली कहते हैं। “यह हमें अपनी उंगली से जितनी संभव हो उतनी डेटा प्राप्त करने के लिए प्रेरित किया। यह सुनिश्चित करना महत्वपूर्ण था कि उंगली के सभी पक्षों पर सभी संपर्क शामिल थे – हमने मूल रूप से एक स्पर्श रोबोटिक उंगली बनाई जिसमें कोई अंधे धब्बे नहीं थे।”

परियोजना का दूसरा भाग टीम द्वारा डेटा को मशीन लर्निंग एल्गोरिदम द्वारा संसाधित करने के लिए डिज़ाइन किया गया था। डेटा बहुत जटिल है और मानव द्वारा व्याख्या नहीं की जा सकती है। हालांकि, वर्तमान मशीन लर्निंग तकनीकें विशिष्ट जानकारी निकालना सीख सकती हैं, जैसे कि उंगली को कहां छुआ जा रहा है, उंगली को क्या छू रहा है, और कितना बल लागू किया जा रहा है।

“हमारे परिणाम दिखाते हैं कि एक गहरा तंत्रिका नेटवर्क इस जानकारी को बहुत उच्च सटीकता के साथ निकाल सकता है,” Kymissis कहते हैं। “हमारा डिवाइस वास्तव में एक स्पर्श उंगली है जो शुरू से ही एआई एल्गोरिदम के साथ उपयोग के लिए डिज़ाइन की गई है।”

टीम ने उंगली को रोबोटिक हाथों पर उपयोग करने के लिए भी डिज़ाइन किया है। उंगली लगभग 1,000 संकेतों को इकट्ठा कर सकती है, लेकिन यह केवल एक 14-तार केबल को हाथ से जोड़ने की आवश्यकता है। इसके लिए कोई जटिल ऑफ-बोर्ड इलेक्ट्रॉनिक्स की आवश्यकता नहीं है।

टीम वर्तमान में दो दexterous हाथों को उंगलियों के साथ एकीकृत कर रही है, और वे हाथों का उपयोग करने की कोशिश करेंगे ताकि वे दexterous मैनिपुलेशन क्षमताओं को प्रदर्शित कर सकें।

“दexterous रोबोटिक मैनिपुलेशन की आवश्यकता अब विनिर्माण और लॉजिस्टिक्स जैसे क्षेत्रों में है, और यह एक प्रौद्योगिकी है जो दीर्घकालिक रूप से स्वास्थ्य देखभाल या सेवा डोमेन जैसे अन्य क्षेत्रों में व्यक्तिगत रोबोटिक सहायता को सक्षम करने के लिए आवश्यक है,” सियोकार्ली कहते हैं।