Dando sensación de robots suaves

 

Dando sensación de robots suaves
El equipo del profesor Ted Adelson creó un dedo robótico suave que utiliza cámaras integradas y aprendizaje profundo para permitir la detección táctil de alta resolución y la «propiocepción» (conciencia de las posiciones y movimientos del cuerpo). Crédito: Instituto de Tecnología de Massachusetts

Uno de los temas más candentes en robótica es el campo de los robots blandos, que utiliza materiales blandos y flexibles en lugar de materiales rígidos tradicionales. Pero los robots blandos han sido limitados debido a su falta de buen sentido. Una buena pinza robótica necesita sentir lo que está tocando (detección táctil), y necesita sentir la posición de sus dedos (propiocepción). Tal detección ha faltado en la mayoría de los robots blandos.

En un nuevo par de documentos, los investigadores del Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial (CSAIL) del MIT idearon nuevas herramientas para permitir que los robots perciban mejor con qué están interactuando: la capacidad de ver y clasificar elementos, y un toque más suave y delicado. .

«Deseamos permitir ver el mundo sintiendo el mundo. Las manos suaves del robot tienen pieles sensorizadas que les permiten recoger una variedad de objetos, desde delicados, como papas fritas, hasta pesados, como botellas de leche», dice el Director de CSAIL Daniela Rus, profesora de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación de Andrew y Erna Viterbi y vicedecana de investigación del MIT Stephen A. Schwarzman College of Computing.

Un artículo se basa en la investigación del año pasado del MIT y la Universidad de Harvard, donde un equipo desarrolló una pinza robótica suave y fuerte en forma de una estructura de origami en forma de cono. Se desploma sobre objetos muy parecidos a la trampa para moscas de Venus, para recoger elementos que pesan hasta 100 veces su peso.

Para obtener esa versatilidad y adaptabilidad recién descubiertas aún más cercanas a las de una mano humana, un nuevo equipo ideó una adición sensata: sensores táctiles, hechos de «vejigas» (globos) de látex conectadas a transductores de presión. Los nuevos sensores permiten que la pinza no solo recoja objetos tan delicados como las papas fritas, sino que también los clasifica, lo que permite que el robot comprenda mejor lo que está recogiendo, al tiempo que exhibe ese ligero toque.

Al clasificar objetos, los sensores identificaron correctamente 10 objetos con más del 90 por ciento de precisión, incluso cuando un objeto se soltó.

Crédito: Instituto de Tecnología de Massachusetts

«A diferencia de muchos otros sensores táctiles blandos, los nuestros pueden fabricarse rápidamente, adaptarse a pinzas y mostrar sensibilidad y confiabilidad», dice Josie Hughes, postdoctorado del MIT, autor principal de un nuevo artículo sobre los sensores. «Esperamos que proporcionen un nuevo método de detección suave que se pueda aplicar a una amplia gama de aplicaciones diferentes en entornos de fabricación, como embalaje y elevación».

En un segundo artículo, un grupo de investigadores creó un dedo robótico suave llamado «GelFlex» que utiliza cámaras integradas y aprendizaje profundo para permitir la detección táctil de alta resolución y la «propiocepción» (conciencia de las posiciones y movimientos del cuerpo).

La pinza, que se parece mucho a una pinza de dos dedos que puede ver en una estación de refrescos, utiliza un mecanismo accionado por un tendón para accionar los dedos. Cuando se probó en objetos metálicos de varias formas, el sistema tenía una precisión de reconocimiento de más del 96 por ciento.

«Nuestro dedo blando puede proporcionar una alta precisión en la propiocepción y predecir con precisión los objetos captados, y también puede soportar un impacto considerable sin dañar el entorno interactuado y en sí mismo», dice Yu She, autora principal de un nuevo artículo sobre GelFlex. «Al restringir los dedos blandos con un exoesqueleto flexible y realizar sensores de alta resolución con cámaras integradas, abrimos una amplia gama de capacidades para manipuladores blandos».

Sentidos de bola mágica

La pinza de bola mágica está hecha de una estructura de origami suave, encerrada por un globo suave. Cuando se aplica un vacío al globo, la estructura de origami se cierra alrededor del objeto y la pinza se deforma a su estructura.

Si bien este movimiento le permite al agarrador agarrar una gama mucho más amplia de objetos que nunca antes, como latas de sopa, martillos, copas de vino, drones e incluso un solo florete de brócoli, las mayores complejidades de delicadeza y comprensión aún estaban fuera del alcance, hasta agregaron los sensores.

Cuando los sensores experimentan fuerza o tensión, la presión interna cambia y el equipo puede medir este cambio de presión para identificar cuándo volverá a sentirlo.

Además del sensor de látex, el equipo también desarrolló un algoritmo que utiliza la retroalimentación para permitir que la pinza posea una dualidad similar a la humana de ser fuerte y precisa, y el 80 por ciento de los objetos probados fueron agarrados con éxito sin daños.

El equipo probó los sensores de agarre en una variedad de artículos para el hogar, desde botellas pesadas hasta objetos pequeños y delicados, como latas, manzanas, un cepillo de dientes, una botella de agua y una bolsa de galletas.

En el futuro, el equipo espera que la metodología sea escalable, utilizando métodos de diseño y reconstrucción computacionales para mejorar la resolución y la cobertura utilizando esta nueva tecnología de sensores. Eventualmente, imaginan usar los nuevos sensores para crear una piel con detección fluida que muestre escalabilidad y sensibilidad.

Hughes coescribió el nuevo documento con Rus, que presentarán virtualmente en la Conferencia Internacional sobre Robótica y Automatización 2020.

GelFlex

En el segundo artículo, un equipo de CSAIL buscó darle a una pinza robótica suave más matices, sentidos humanos. Los dedos suaves permiten una amplia gama de deformaciones, pero para usarse de forma controlada debe haber una rica detección táctil y propioceptiva. El equipo usó cámaras integradas con lentes gran angular «ojo de pez» que capturan las deformaciones de los dedos con gran detalle.

Para crear GelFlex, el equipo usó material de silicona para fabricar el dedo suave y transparente, y colocó una cámara cerca de la punta del dedo y la otra en el medio del dedo. Luego, pintaron tinta reflectante en la superficie frontal y lateral del dedo, y agregaron luces LED en la parte posterior. Esto permite que la cámara interna de ojo de pez observe el estado de la superficie frontal y lateral del dedo.

El equipo entrenó a las redes neuronales para extraer información clave de las cámaras internas para recibir comentarios. Una red neuronal se entrenó para predecir el ángulo de flexión de GelFlex, y la otra se entrenó para estimar la forma y el tamaño de los objetos que se están agarrando. La pinza podría recoger una variedad de artículos como un cubo de Rubik, una caja de DVD o un bloque de aluminio.

Durante las pruebas, el error posicional promedio durante el agarre fue inferior a 0,77 milímetros, que es mejor que el de un dedo humano. En una segunda serie de pruebas, la pinza fue desafiada con agarrar y reconocer cilindros y cajas de varios tamaños. De 80 ensayos, solo tres se clasificaron incorrectamente.

En el futuro, el equipo espera mejorar los algoritmos de propiocepción y detección táctil, y utilizar sensores basados ​​en la visión para estimar configuraciones de dedos más complejas, como la torsión o la flexión lateral, que son un desafío para los sensores comunes, pero que deberían lograrse con cámaras integradas .


Más información:
Dedo blando cubierto de exoesqueleto con propiocepción y exterocepción basadas en la visión.

Leave a Comment!