Роборука может идентифицировать объект одним прикосновением
Мы редко обращаем внимание на морщинки на наших пальцах. Оказывается, они очень нужны: кожа достаточно свободно двигается, но не отслаивается
Вдохновленные работой человеческих пальцев, исследователи Массачусетского технологического института разработали роботизированную руку, которая использует сенсорное «осязания» высокого разрешения для точной идентификации объекта после того, как возьмет его всего один раз.
Чаще всего роботизированные руки размещают все свои датчики высокого разрешения на кончиках пальцев, поэтому для идентификации объекта может понадобится несколько захватов. В других конструкциях используются датчики с более низким разрешением, расположенные по всему пальцу, но они не сразу улавливают достаточно деталей, поэтому тоже нужны несколько захватов.
Команда Массачусетского технологического института создала роботизированный палец с жестким скелетом, заключенным в мягкий внешний слой. Под прозрачную «кожу» встроены многочисленные датчики высокого разрешения. Датчики используют камеру и светодиоды для сбора визуальной информации о форме объекта. Они обеспечивают непрерывное сканирование по всей длине пальца. Каждый палец собирает богатую информацию о многих частях объекта одновременно.
Используя эту конструкцию, исследователи создали трехпалую роботизированную руку, которая может идентифицировать объекты после одного захвата с точностью около 85%. Жесткий скелет делает пальцы достаточно сильными, чтобы взять тяжелый предмет, например, дрель, а мягкая кожа позволяет им надежно схватить легко сминаемый предмет, например, пустую пластиковую бутылку.
Такие мягкие и жесткие пальцы могут быть особенно полезны в домашнем роботе, предназначенном для взаимодействия с пожилыми людьми. Робот может поднять тяжелый предмет с полки той же рукой, которой он помогает человеку принять ванну.
«Наличие мягких и жестких элементов очень важно для любой руки, но также важно и то, чтобы она могла осуществлять отличное зондирование на действительно большой площади. Это особенно важно, если мы хотим иметь возможность выполнения очень сложных манипуляционных задач, подобных тем, на которые способны наши собственные руки. Нашей целью в этой работе было объединить все то, что делает наши человеческие руки такими хорошими, в роботизированном пальце, который может выполнять задачи, недоступные другим роботизированным пальцам», — говорит Сандра Лю, один из ведущих авторов работы.
Твердый мягкий палец
Роботизированный палец состоит из жесткого эндоскелета, выполненного 3D-печатью. Скелет помещен в пресс-форму и покрыт прозрачной силиконовой «кожей». Изготовление пальца в форме устраняет необходимость в крепежных элементах и клее для фиксации силикона.
Исследователи разработали изогнутую форму, поэтому в состоянии покоя пальцы роботов слегка изогнуты, как и пальцы человека.
«Силикон морщится при сгибании, поэтому мы подумали, что если палец будет отформован в таком изогнутом положении, то при большем изгибе для захвата предмета он не будет так сильно морщиться. Морщины в некотором смысле хороши — они помогают пальцу скользить по поверхности плавно и легко», — говорит Лю.
Эндоскелет каждого пальца содержит пару сенсорных датчиков высокого разрешения, известных как датчики GelSight. Они встроены в верхнюю и среднюю части под прозрачную кожу. Датчики расположены таким образом, чтобы диапазон их действий слегка перекрывается, обеспечивая пальцу непрерывное восприятие по всей его длине.
Датчик GelSight, основанный на технологии, разработанной группой Адельсона, состоит из камеры и трех цветных светодиодов. Когда палец захватывает объект, камера фиксирует изображение, поскольку цветные светодиоды освещают кожу изнутри.