Ny og billig taktil sensor giver robotter mulighed for at føle

Ved hjælp af maskinlæring, ETH-forskere har udviklet en ny, men billig taktil sensor. Sensoren måler kraftfordeling ved høj opløsning og med stor nøjagtighed, gør det muligt for robotarme at gribe følsomme eller skrøbelige genstande.

Mennesker har ingen problemer med at samle skrøbelige eller glatte genstande op med vores hænder. Vores følesans lader os mærke, om vi har et fast greb om objektet, eller om det er ved at glide gennem fingrene på os, så vi kan justere styrken af ​​vores greb derefter. Robotgribearme, der har til opgave at samle genstande op, der er skrøbelige eller glatte eller har en kompleks overflade, kræver også denne form for feedback.

Robotforskere ved ETH Zürich har nu udviklet en taktil sensor, der kunne komme til nytte i netop et sådant tilfælde - og markerer, hvad de ser som et væsentligt skridt mod "robothud". Sensorens ekstremt enkle design gør den billig at producere, som ingeniørerne påpeger. I det væsentlige, den består af et elastisk silikone "skind" med farvede plastik mikroperler og et almindeligt kamera fastgjort på undersiden.

Målinger ved hjælp af rent optisk input

Sensoren er synsbaseret:når den kommer i kontakt med en genstand, der opstår en fordybning i silikoneskindet. Dette ændrer mønsteret af mikroperlerne, som registreres af fiskeøje-linsen på undersiden af ​​sensoren. Fra disse ændringer af mønsteret, det er muligt at beregne kraftfordelingen på sensoren.

"Konventionelle sensorer registrerer den påførte kraft på kun et enkelt punkt. Derimod, vores robotskin lader os skelne mellem flere kræfter, der virker på sensoroverfladen, og beregne dem med høje grader af opløsning og nøjagtighed, " siger Carlo Sferrazza. Han er doktorand i gruppen ledet af Raffaello D'Andrea, Professor i dynamiske systemer og kontrol ved ETH Zürich. "Vi kan endda bestemme den retning, hvorfra en kraft virker, " siger Sferrazza. Med andre ord, Forskerne kan ikke kun identificere kræfter, der udøver lodret tryk på sensoren, men også forskydningskræfter, som virker sideværts.

Datadrevet udvikling

For at beregne, hvilke kræfter der skubber mikroperlerne i hvilke retninger, ingeniørerne bruger et omfattende sæt af eksperimentelle data:i test, der blev standardiseret gennem maskinstyring, de undersøgte en række forskellige former for kontakt med sensoren. De var i stand til præcist at kontrollere og systematisk variere kontaktens placering, kraftfordelingen og størrelsen af ​​den genstand, der kommer i kontakt. Ved hjælp af maskinlæring, forskerne registrerede flere tusinde tilfælde af kontakt og matchede dem præcist med ændringer i perlemønsteret.

Den tyndeste sensorprototype, forskerne hidtil har bygget, er 1,7 centimeter tyk og dækker en måleflade på 5 x 5 centimeter. Imidlertid, forskerne arbejder på at bruge den samme teknik til at realisere større sensoroverflader, der er udstyret med flere kameraer, og kan dermed også genkende objekter med kompleks form. Ud over, de sigter mod at gøre sensoren tyndere – de mener, at det er muligt at opnå en tykkelse på kun 0,5 centimeter ved hjælp af eksisterende teknologi.

Robotik, sport og virtual reality

Fordi den elastiske silikone er skridsikker, og sensoren kan måle forskydningskræfter, den er velegnet til brug i robotgribearme. "Sensoren vil genkende, når en genstand truer med at glide ud af armens greb, så robotten kan justere sin grebstyrke, " forklarer Sferrazza.

Forskere kunne også bruge en sådan sensor til at teste materialers hårdhed eller til digitalt at kortlægge berøringer. Hvis integreret i wearables, cyklister kunne måle, hvor meget kraft de påfører cyklen gennem pedalerne, eller løbere kunne måle den kraft, der går ind i deres sko, når de jogger. Til sidst, sådanne sensorer kan give information, der er vigtig for udvikling af taktil feedback, for eksempel til virtual reality-spil.