MIT onthult robotische 'Digger Finger' die begraven objecten detecteert met tactiele sensoren

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

Uitgerust met tactiele sensing, kan het slankere, vingerachtige apparaat op een later moment op een robotarm gemonteerd worden en gebruikt om ondergrondse kabels of zelfs explosieven te lokaliseren.

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

Om diverse 3D-geprinte objecten in zand en grof korrel rijst te detecteren, slimde het team bij MIT's Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) hun bestaande tactiele sensor genaamd GelSight , gebouwd in 2017, af.

De oorspronkelijke (en bulkier) GelSight heeft een helder gel bedekt met een reflecterende membraan die deformeert wanneer objecten ertegen aandrukken (zie een voorbeeld van de deformatie in de bovenstaande video). Drie kleuren LED-lichten en een camera zitten achter de sensor.

De lichten schijnen door het gel en op het membraan, terwijl de camera het reflectiepatroon van het membraan verzamelt. Computer vision algoritmes extraheren dan de 3D-vorm van het contactgebied waar de zachte vinger het object aanraakt.

Om de grootte van de GelSight-sensor te verkleinen voor de robotische Digger Finger, begon het MIT-team met een nieuw ontwerp: De onderzoekers maakten de structuur meer cylindrisch, en met een afgeschuinde punt.

Vervolgens vervingen de ingenieurs twee-derde van de LED-lichten door een combinatie van blauwe LEDs en gekleurde fluorescerende verf. Het eindresultaat: een vingertip-groot apparaat met een tactiele sensormembraan van ongeveer 2 vierkante centimeter.

Het team gebruikte mechanische trillingen om het rijst en zand te "fluidificeren" zodat de Digger kon graven zonder dat korrelmateriaal de machines verstopt.

"We wilden zien hoe mechanische trillingen helpen dieper te graven en door verstoppingen heen te komen," zei Radhen Patel, een postdoc in MIT's Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) . "We liepen de trillingsmotor op verschillende werkingsspanningen, wat de amplitude en frequentie van de trillingen verandert."

Opgevangen zand was moeilijker te wissen dan rijst, volgens de uitvinders, hoewel de kleine korrelgrootte betekende dat de Digger Finger nog de algemene contouren van het doelobject kon voelen.

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

In een korte Q&A hieronder vertelt Patel Tech Briefs hoe zijn team van plan is de Digger Finger's vermogen te optimaliseren om diverse media te navigeren.

Tech Briefs: Kan een robotvinger een menselijke tastzin hebben?

Radhen Patel: De menselijke tastzin is hoogdimensioneel. Het bestaat uit verschillende typen sensormodaliteiten, opererend op verschillende snelheden en resoluties. Verrassend genoeg worden er maar een paar van deze daadwerkelijk gebruikt voor een gegeven takenpakket. We gebruiken ze niet allemaal de hele tijd. Er is dus veel afleidende informatie beschikbaar die verwerkt moet worden voor een specifieke taak.

Robotvingers, ook, voelen constant onnodige informatie via hun tastzin — bijv. bij het reiken naar of plaatsen van objecten in verstrooide ruimtes. Met betrekking tot het vinden van begraven objecten, is de "afleidende informatie" van nature het gevoel van de korrelmedia-deeltjes op de vingertoppen waarin de objecten begraven zitten.

Meer Robotica en Sensoren op Tech Briefs

Een navigatiesysteem van UC San Diego leidt robots door de drukste afdeling van een ziekenhuis: de Spoedeisende Hulp.

Nieuwe exoskeletbenen kunnen "denken" en besturingsbeslissingen nemen op basis van geavanceerde kunstmatige intelligentie (AI) technologie.

Een draagbare sensor detecteert giftige gassen, met een hologram.

Tech Briefs: Vanuit technologisch perspectief, hoe "weet" de Digger Finger een doelobject van, zeg, een steen, of een klontje rijst?

Radhen Patel: We trainden een deep learning model (convolutioneel neuraal netwerk) op de beelddata [een RGB-beeld van een camera binnenin de Digger Finger] om de doelobjecten te identificeren of classificeren tussen klontjes rijst en zand.

Tech Briefs: Hoe is dit ontwerp met name anders dan eerdere zoek-en-reddings robotalternatieven?

Radhen Patel: De essentiële componenten van de Digger Finger omvatten een camera, een verlichtingssysteem (LEDs en fluorescerende verf), een spiegel, een gelmembraan die transparant is aan één kant en reflecterende verf aan de andere, en een transparante cylindrische wedge-kern van acrylaat die al bovenstaande componenten houdt.

We zien ons huidige ontwerp van de Digger Finger als een add-on voor bestaande zoek-en-reddingsrobots die hun ledematen in staat stelt om in krappe ruimtes te gaan en contact te perceperen op een fijne resolutie.

Tech Briefs: Wat is de volgende stap? Woran zult u werken met deze Digger Finger?

Radhen Patel: Er is nog veel werk te verrichten. Aan de ontwerpkant, willen we de Digger Finger robuuster maken tegen de slijtage als gevolg van het graafproces, met name op het gelmembraan. We willen ook een gripper ontwerpen met meerdere Digger Fingers als tactiele bijvoeters en diverse tactiele verkenningsstrategieën verkennen om begraven objecten beter te identificeren en manipuleren.

Tech Briefs: Welke applicatie is het meest opwindend voor u, als u denkt aan hoe de Digger Finger gebruikt kan worden?

Radhen Patel: We vinden het identificeren en onderscheiden van contacten in verstrooide ruimtes de meest opwindende toepassing. Dit omvat het ontmantelen van explosieven die ondergronds begraven liggen of het oppakken en plaatsen van objecten in verstrooide ruimtes zoals boodschappentasjes.

Additionele onderzoekers in de studie omvatten CSAIL PhD-student Branden Romero, Harvard Universiteit PhD-student Nancy Ouyang, en Edward Adelson, de John en Dorothy Wilson Professor van Vision Science in CSAIL en de Afdeling Hersen- en Cognitieve Wetenschappen.

Wat denkt u? Deel uw vragen en opmerkingen hieronder.