Araştırmacılar Robotik Parmaklara Dokunma Hislerini Getirdi

Columbia Mühendisliği araştırmacıları, yeni geliştirilen bir robotik parmağa dokunma hissi kazandırdı. Büyük, çok eğrili yüzeyler üzerinde dokunma noktalarını cực yüksek hassasiyetle belirleyebiliyor. Yeni gelişme, robotların insan benzeri duruma ulaşmasına bir adım daha yakınlaştırdı.

Matei Ciocarlie, mekanik mühendisliği ve bilgisayar bilimi bölümlerinde yardımcı profesör. Ciocarlie, Elektrik Mühendisliği Profesörü Ioannis (John) Kymissis ile işbirliği içinde araştırmayı yönetti.

“Bağımsız dokunma sensörleri ve tamamen entegre edilmiş dokunma parmakları arasında uzun süredir bir boşluk vardı – dokunma algılama hala robotik manipülasyonda evrensel değil” diyor Ciocarlie. “Bu çalışmada, phứcür yüzeyler üzerinde doğru dokunma noktalarını ve normal kuvvet algılama özelliğine sahip çok eğrili bir robotik parmağı gösterdik.”

Robotik parmaklara dokunma sensörleri entegre etme yöntemleri birçok zorluğa sahip. Çok eğrili yüzeyleri kapsamak zor, yüksek kablo sayısı var ve küçük parmak uçlarına sensörleri yerleştirmekte zorluklar çıkıyor, bu da yetenekli ellerde kullanımını engelliyor. Columbia Mühendisliği ekibi, bu zorlukların etrafından bir yeni yaklaşım geliştirerek dolaştı: işlevsel alanları kapsayan bir transparent waveguide katmanında gömülü ışık emicileri ve alıcıları kullandılar.

Ekibin, parmağın dokunma nedeniyle oluşan deformasyonuna tepki olarak değişen bir sinyal veri kümesi elde etmesi mümkün oldu. Bunu, her emici ve alıcı arasındaki ışık taşınmasını ölçerek yaptılar. İletişim noktası ve uygulanan normal kuvvet gibi faydalı bilgiler, daha sonra veri temelli derin öğrenme yöntemleri kullanılarak veriden çıkarıldı. Ekibin, analitik modeller kullanmadan bunu başarması mümkün oldu.

Bu yöntemle, araştırma ekibi, düşük kablo sayısına sahip, tamamen entegre edilmiş ve sensörlü bir robotik parmağı geliştirdi. Erişilebilir üretim yöntemleri kullanılarak inşa edildi ve yetenekli ellerde kolayca entegre edilebilir.

Çalışma, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics dergisinde online olarak yayımlandı.

Projenin ilk kısmı, dokunma hissini algılamak için ışığın kullanılmasıydı. Parmakların “derisi” altında bir transparent silikon katmanı vardı ve ekip, 30’dan fazla LED’den ışığı bu katmana yansıttı. Parmak ayrıca, ışığın nasıl dağıldığını ölçen 30’dan fazla fotodiyot içeriyordu. Parmak bir şeye temas ettiğinde, cilt deforme oldu ve ışığın transparent katmanda hareket etmesi ölçülerek yaklaşık 1000 sinyal elde edildi. Her bir sinyal, temas hakkında bilgi içeriyordu.

“İnsan parmağı, inanılmaz derecede zengin temas bilgisi sağlar – her santimetre kare ciltte 400’den fazla küçük dokunma sensörü!” diyor Ciocarlie. “Bu, elimizdeki parmağa mümkün olduğunca çok veri elde etmeye çalışmamız için bir model oldu. Parmakların tüm yüzeylerinde temas noktalarının kapsanması çok önemliydi – esasen kör noktası olmayan bir dokunma robotik parmağı inşa ettik.”

Projenin ikinci kısmı, ekibin, verileri makine öğrenimi algoritmaları tarafından işlenecek şekilde tasarlamasını içeriyordu. Veriler son derece karmaşıktır ve insanlar tarafından yorumlanamaz. Ancak, mevcut makine öğrenimi teknikleri, temas noktası, temas eden nesne ve uygulanan kuvvet gibi belirli bilgileri çıkarmayı öğrenebilir.

“Sonuçlarımız, derin bir sinir ağı bu bilgileri çok yüksek doğrulukla çıkarabileceğini gösteriyor” diyor Kymissis. “Cihazımız, başından itibaren makine öğrenimi algoritmalarıyla birlikte kullanılacak şekilde tasarlanmış真正 bir dokunma parmağıdır.”

Ekibin ayrıca parmağı, robotik ellerde kullanılacak şekilde tasarlaması gerekiyordu. Parmak neredeyse 1000 sinyal toplayabiliyor, ancak sadece 14 kablolu bir bağlantıyla elle bağlanıyor. Ayrıca, çalışması için karmaşık harici elektroniklere gerek yok.

Ekibin şu anda, parmaklarla entegre edilecek iki yetenekli eli var ve elleri, yetenekli manipülasyon yeteneklerini göstermek için kullanmayı planlıyorlar.

“Yetenekli robotik manipülasyon, imalat ve lojistik gibi alanlarda artık gerekli ve kişisel robotik asistanlığın, sağlık veya hizmet alanları gibi diğer alanlarda uzun vadede mümkün olabilmesi için gereken teknolojilerden biridir” diyor Ciocarlie.