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컬럼비아 엔지니어링의 연구진은 새로 개발된 로봇 손가락에 감각을 부여했다. 이는 매우 높은 정밀도로 큰 곡면 위에서 터치를 위치화할 수 있다. 새로운 개발은 로봇이 인간과 같은 지위를 달성하기 위해 한 걸음 더 나아갔다.
메테이 치오카를리에는 기계 공학 및 컴퓨터 과학 부서의 부교수이다. 치오카를리에는 전기 공학 교수인 이오아니스(존) 킴시스와의 협력을 통해 연구를 주도했다.
치오카를리에는 “독립형 감각 센서와 완전 통합된 감각 손가락 사이에 오랜 시간 동안 간격이 있었다. 감각 센싱은 여전히 로봇 조작에서 普遍적이지 않다”라고 말했다. “이 논문에서 우리는 정확한 터치 위치화 및 복잡한 3D 표면上的 정상력 감지를 갖는 곡면 로봇 손가락을 시연했다.”
로봇 손가락에 감각 센서를 통합하는 현재 방법은 많은 도전을 직면한다. 곡면을 덮는 것이 어렵고, 높은 와이어 수, 작은 손가락 끝에 센서를 장착하는 것이 어렵기 때문에 다exterous 손에 사용할 수 없다. 컬럼비아 엔지니어링 팀은 이러한 도전을 극복하기 위해 새로운 접근 방식을 개발했다. 그들은 손가락의 기능 영역을 덮는 투명한 파장 가이드 레이어에 내장된 광 발신기 및 수신기에서 오버랩되는 신호를 사용했다.
팀은 손가락의 변형에 대한 반응으로 신호 데이터 세트를 얻을 수 있었다. 그들은 모든 발신기와 수신기 사이의 광 전송을 측정함으로써 이를 수행했다. 접촉 위치 및 적용된 정상력과 같은 유용한 정보는 이후 데이터 주도형 딥 러닝 방법을 통해 데이터에서 추출되었다. 팀은 분석적 모델을 사용하지 않고 이를 수행할 수 있었다.
이 방법을 통해 연구 팀은 낮은 와이어 수를 갖는 완전 통합된 센서화된 로봇 손가락을 개발했다. 이는 접근 가능한 제조 방법을 통해 구축되었으며 다exterous 손에 쉽게 통합될 수 있다.
이 연구는 IEEE/ASME Transactions on Mechatronics에 온라인으로 발표되었다.
프로젝트의 첫 번째 부분은 감각을 감지하기 위한 광을 사용하는 것이었다. 손가락의 “피부” 아래에 투명한 실리콘 레이어가 있고, 팀은 30개 이상의 LED에서 이를 비추었다. 손가락에는 또한 광을 측정하는 30개 이상의 광다이오드가 있다. 손가락이 무엇인가에 닿으면, 피부가 변형되고 투명한 레이어 아래에서 광이 이동한다. 연구진은 이후 모든 LED에서 모든 다이오드로 광이 가는 양을 측정하여 약 1,000개의 신호를 생성했다. 각 신호에는 접촉 정보가 포함되어 있다.
치오카를리에는 “인간의 손가락은 매우 풍부한 접촉 정보를 제공한다. 1제곱센티미터당 400개 이상의 작은 터치 센서!”라고 말했다. “그것이 우리를 감동시키는 모델이었다. 우리는 우리의 손가락에서 가능한 한 많은 데이터를 얻으려고 시도했다. 모든 면의 모든 접촉이 다 커버되는 것을 확인하는 것이 중요했다. 우리는 본질적으로 맨눈으로 볼 수 없는 영역이 없는 감각 로봇 손가락을 구축했다.”
프로젝트의 두 번째 부분은 팀이 기계 학습 알고리즘에 의해 처리될 데이터를 설계하는 것이었다. 데이터는 매우 복잡하여 인간이 해석할 수 없다. 그러나 현재 기계 학습 기술은 특정 정보, 즉 손가락이 어디서 터치되는지, 무엇이 손가락에 닿는지, 얼마나 많은 힘이 적용되는지를 추출하는 것을 학습할 수 있다.
킴시스는 “我们的 결과는 깊은 신경망이 매우 높은 정확도로 이러한 정보를 추출할 수 있음을 보여준다”라고 말했다. “우리의 장치는真正로 기계 학습 알고리즘과 함께 사용하기 위해 설계된 감각 손가락이다.”
팀은 또한 손가락을 로봇 손에 사용할 수 있도록 설계했다. 손가락은 거의 1,000개의 신호를 수집할 수 있지만, 손과 연결되는 14개의 와이어 케이블만 필요하다. 또한 기능을 수행하기 위해 복잡한 오프보드 전자 장치가 필요하지 않다.
팀은 현재 손가락과 통합되는 두 개의 다exterous手を 보유하고 있으며, 이를 사용하여 다exterous 조작 능력을 시연할 계획이다.
치오카를리에는 “다exterous 로봇 조작은 현재 제조 및 물류와 같은 분야에서 필요하다. 또한 보건 또는 서비스 도메인과 같은 다른 영역에서 개인 로봇 지원을 가능하게 하는 더 긴 기간 동안 필요한 기술 중 하나이다”라고 말했다.
