Los investigadores de Columbia Engineering anunciaron hoy que han introducido un nuevo tipo de dedo robótico con sentido del tacto. Su dedo puede localizar el tacto con muy alta precisión<1mm -- over a large, multicurved surface, much like its human counterpart.
"Durante mucho tiempo ha habido una brecha entre los sensores táctiles independientes y los dedos táctiles totalmente integrados; la detección táctil aún está lejos de ser omnipresente en la manipulación robótica", dice Matei Ciocarlie, profesor asociado en los departamentos de ingeniería mecánica y ciencias de la computación,quien dirigió este trabajo en colaboración con el profesor de Ingeniería Eléctrica Ioannis John Kymissis. "En este artículo, hemos demostrado un dedo robótico de múltiples curvas con localización táctil precisa y detección de fuerza normal sobre superficies 3D complejas".
Los métodos actuales para construir sensores táctiles han demostrado ser difíciles de integrar en los dedos del robot debido a múltiples desafíos, incluida la dificultad para cubrir superficies de múltiples curvas, un alto conteo de cables o dificultad para adaptarse a las yemas de los dedos pequeños, evitando así el uso en manos diestras. El equipo de Ingeniería de Columbiaadoptó un nuevo enfoque: el uso novedoso de señales superpuestas de emisores y receptores de luz incrustados en una capa de guía de ondas transparente que cubre las áreas funcionales del dedo.
Al medir el transporte de luz entre cada emisor y receptor, demostraron que pueden obtener un conjunto de datos de señal muy rico que cambia en respuesta a la deformación del dedo debido al tacto. Luego demostraron que los métodos de aprendizaje profundo puramente basados en datos pueden extraerinformación útil de los datos, incluida la ubicación del contacto y la fuerza normal aplicada, sin la necesidad de modelos analíticos. Su resultado final es un dedo robotizado totalmente integrado y sensorizado, con un recuento bajo de cables, construido utilizando métodos de fabricación accesibles y diseñado para una fácil integración enmanos diestras.
El estudio, publicado en línea en Transacciones IEEE / ASME en Mecatrónica , demuestra los dos aspectos de la tecnología subyacente que se combinan para permitir los nuevos resultados. Primero, en este proyecto, los investigadores usan la luz para sentir el tacto. Debajo de la "piel", su dedo tiene una capa hecha de silicona transparente, encon la que brillan la luz de más de 30 LED. El dedo también tiene más de 30 fotodiodos que miden cómo rebota la luz. Cada vez que el dedo toca algo, su piel se deforma, por lo que la luz cambia alrededor de la capa transparente debajo. Mide cuánta luzva de cada LED a cada diodo, los investigadores terminan con cerca de 1,000 señales que contienen alguna información sobre el contacto que se hizo. Dado que la luz también puede rebotar en un espacio curvo, estas señales pueden cubrir una forma 3D compleja comola yema del dedo.
"El dedo humano proporciona información de contacto increíblemente rica: ¡más de 400 pequeños sensores táctiles en cada centímetro cuadrado de piel!", Dice Ciocarlie. "Ese fue el modelo que nos empujó a tratar de obtener la mayor cantidad de datos posible de nuestro dedo"."Era crítico asegurarse de que todos los contactos en todos los lados del dedo estuvieran cubiertos, esencialmente construimos un dedo robot táctil sin puntos ciegos".
En segundo lugar, el equipo diseñó estos datos para que sean procesados por algoritmos de aprendizaje automático. Debido a que hay tantas señales, todas ellas parcialmente superpuestas entre sí, los datos son demasiado complejos para ser interpretados por humanos. Afortunadamente, las técnicas actuales de aprendizaje automáticopueden aprender a extraer la información que les interesa a los investigadores: dónde se toca el dedo, qué es lo que toca, cuánta fuerza se aplica, etc.
"Nuestros resultados muestran que una red neuronal profunda puede extraer esta información con una precisión muy alta", dice Kymissis. "Nuestro dispositivo es realmente un dedo táctil diseñado desde el principio para ser usado en conjunto con algoritmos de IA".
Además, el equipo construyó el dedo para que éste, y otros, puedan ponerse en manos robóticas. Integrar el sistema en una mano es fácil: gracias a esta nueva tecnología, el dedo recolecta casi 1,000 señales, pero solo necesita un 14-cable que lo conecta a la mano y no necesita componentes electrónicos externos complejos. Los investigadores ya tienen dos manos diestras capaces de agarrar y manipular objetos en su laboratorio equipadas con estos dedos: una mano tiene tres dedos,y el otro cuatro. En los próximos meses, el equipo usará estas manos para tratar de demostrar habilidades de manipulación diestras, basadas en datos táctiles y propioceptivos.
"La manipulación robótica diestra se necesita ahora en campos como la fabricación y la logística, y es una de las tecnologías que, a largo plazo, se necesitan para permitir la asistencia robótica personal en otras áreas, como la salud o los dominios de servicios", Ciocarlieagrega.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Columbia . Original escrito por Holly Evarts. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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