Een robotgraver met de vinger detecteert begraven voorwerpen

Iets verloren op het strand? Een "graafvinger" van MIT graaft door zand en grind om een ​​begraven object te detecteren.

Uitgerust met tactiele detectie, zou het slanke, cijferachtige apparaat ooit op een robotarm kunnen worden gemonteerd en worden gebruikt om ondergrondse kabels of zelfs explosieven op te sporen.

Het onderzoek van het MIT-team zal worden gepresenteerd op het volgende International Symposium on Experimental Robotics .

Om verschillende 3D-geprinte objecten in zand en grofkorrelige rijst te detecteren, heeft het team van MIT's Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) hun bestaande tactiele sensor, GelSight , gebouwd in 2017.

De originele (en omvangrijkere) GelSight heeft een heldere gel bedekt met een reflecterend membraan dat vervormt wanneer objecten ertegenaan drukken (zie een voorbeeld van de vervorming in de bovenstaande video ). Achter de sensor zitten drie kleuren LED-lampjes en een camera.

De lichten schijnen door de gel en op het membraan, terwijl de camera het reflectiepatroon van het membraan opvangt. Computer vision-algoritmen extraheren vervolgens de 3D-vorm van het contactgebied waar de zachte vinger het object raakt.

Om de grootte van de GelSight-sensor te verkleinen zodat deze geschikt is voor de robot Digger Finger, begon het MIT-team met een nieuw ontwerp:de onderzoekers maakten de structuur meer cilindrisch en met een afgeschuinde punt.

Vervolgens vervingen de ingenieurs tweederde van de LED-lampen door een combinatie van blauwe LED's en gekleurde fluorescerende verf. Het eindresultaat:een apparaat ter grootte van een vingertop met een voelbaar membraan van ongeveer 2 vierkante centimeter.

Het team gebruikte mechanische trillingen om de rijst en het zand te "vloeien" zodat de Digger kon graven zonder dat de machines verstopt raakten door korrelig materiaal.

"We wilden zien hoe mechanische trillingen helpen om dieper te graven en door files te komen", zegt Radhen Patel, een postdoc in MIT's Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) . "We hebben de trilmotor op verschillende bedrijfsspanningen laten draaien, waardoor de amplitude en frequentie van de trillingen verandert."

Opgesloten zand was volgens de uitvinders moeilijker te verwijderen dan rijst, hoewel de kleine korrels van de korrels betekende dat de graafvinger nog steeds de algemene contouren van het doelobject kon voelen.

Patel zegt dat operators het bewegingspatroon van de Digger Finger moeten aanpassen voor verschillende instellingen "afhankelijk van het type media en van de grootte en vorm van de korrels."

In een korte Q&A hieronder vertelt Patel Tech Briefs hoe zijn team het vermogen van de Digger Finger om door verschillende media te navigeren wil optimaliseren.

Tech Briefs :Kan een robotvinger een menselijke tastzin hebben?

Radhen Patel :De menselijke tastzin is zeer dimensionaal. Het bestaat uit verschillende soorten detectiemodaliteiten, die met verschillende snelheden en resoluties werken. Verbazingwekkend genoeg wordt slechts een aantal ervan daadwerkelijk gebruikt voor een bepaalde reeks taken. We gebruiken ze niet altijd allemaal. Er is dus veel afleidende informatie beschikbaar die voor een bepaalde taak moet worden verwerkt.

Ook robotvingers voelen voortdurend externe informatie via hun tastzin, bijvoorbeeld bij het grijpen naar of het plaatsen van objecten in onoverzichtelijke ruimtes. Met betrekking tot het vinden van begraven objecten, is de "afleidende informatie" natuurlijk het gevoel van de korrelige mediadeeltjes op de vingertoppen waarin de objecten zijn begraven.

Meer robotica en sensoren op technische briefing

Een navigatiesysteem van UC San Diego leidt robots door het drukste gedeelte van een ziekenhuis:de afdeling spoedeisende hulp.

Nieuwe exoskeletbenen kunnen zelfstandig 'denken' en controlebeslissingen nemen met behulp van geavanceerde kunstmatige intelligentie (AI)-technologie.

Een draagbare sensor detecteert giftige gassen, met een hologram.

Tech Briefs :Hoe "kent" de graafvinger vanuit een technologisch perspectief een doelobject van bijvoorbeeld een steen of een klomp rijst?

Radhen Patel :We hebben een deep learning-model (convolutioneel neuraal netwerk) getraind op de beeldgegevens [een RGB-afbeelding van een camera in de graafvinger] om de doelobjecten te identificeren of te classificeren tussen klompen rijst en zand.

Tech Briefs :Waarin verschilt dit ontwerp in het bijzonder van eerdere robotalternatieven voor zoek- en reddingsrobots?

Radhen Patel :De essentiële componenten van de Digger Finger zijn een camera, een verlichtingssysteem (LED's en fluorescerende verf), een spiegel, een gelmembraan dat aan de ene kant transparant is en aan de andere kant een reflecterende verf, en een transparante cilindrische wigkern gemaakt van acryl dat alle bovenstaande componenten bevat.

We zien ons huidige ontwerp van de Digger Finger als een toevoeging aan de bestaande zoek- en reddingsrobots waarmee hun aanhangsels in krappe ruimtes kunnen komen en contact met een fijne resolutie kunnen waarnemen.

Tech Briefs :Wat is het volgende? Waar ga je aan werken met deze Graafvinger?

Radhen Patel :Er is nog veel werk aan de winkel. Aan de ontwerpkant willen we de Digger Finger robuuster maken tegen de schaafwonden die het gevolg zijn van het graafproces, vooral op het gelmembraan. We willen ook een grijper ontwerpen met meerdere graafvingers als tactiele aanhangsels en verschillende tactiele verkenningsstrategieën verkennen om begraven objecten beter te identificeren en te manipuleren.

Tech Briefs :Welke toepassing vind je het meest opwindend als je bedenkt hoe de Graafvinger zou kunnen worden gebruikt?

Radhen Patel :We vinden het identificeren en onderscheiden van contacten in rommelige ruimtes als de meest opwindende toepassing. Dit omvat het ontwapenen van explosieven die ondergronds zijn begraven of het plukken en plaatsen van objecten in rommelige ruimtes zoals boodschappentassen.

Aanvullende onderzoekers in de studie waren onder meer CSAIL-promovendus Branden Romero, Harvard University-promovendus Nancy Ouyang en Edward Adelson, de John en Dorothy Wilson-hoogleraar Vision Science in CSAIL en het Department of Brain and Cognitive Sciences.

Wat denk je? Deel uw vragen en opmerkingen hieronder.