Иновативна роботизирана ръка може да усеща и идентифицира обекти само с едно захващане

07.04.2023   |   Начало»Технологии

Редактор
Пепа Петрунова

Редактор
Пепа Петрунова

Роботите могат да бъдат много по-прецизни от хората в захващането на различни компоненти и изделия в индустрията, но със сигурност е необходимо още доста да се развиват по посока възприемане на околната среда и интелигентно взаимодействие с обектите в нея.

Интересна иновация в това направление е разработил научноизследователски екип от Масачузетския технологичен институт (MIT). Инженерите са създали роботизирана ръка с три пръста, вдъхновена от анатомията на човешката, която може да "усеща" и разпознава различни обекти само с едно хващане. Устройството демонстрира успеваемост от над 85% и отлична чувствителност благодарение на интегрираните тактилни сензори с висока резолюция.

Нов подход към роботизирания допир

При повечето роботизирани ръце сензорите за допир са вградени във върховете на пръстите, а успешното разпознаване на даден обект изисква устройствата да са в пълен контакт с него, което често налагага повече на брой захващания. При някои дизайни се използват сензори с по-ниска разделителна способност по цялата дължина на пръстите, но в много случаи те не успяват да съберат достатъчно данни, което отново предполага многократно презахващане на предмета.

/Снимка: Dreamstime/

Екипът от MIT използва нов подход към конструирането на манипулатора, като комбинира твърд ендоскелет на ръката с гъвкав и мек външен слой, в който са интегрирани множество сензорни устройства с висока резолюция. Целият хващач е обвит с прозрачна синтетична кожа.

Сензорите включват камери за машинно зрение и тройки цветни светодиоди, чрез които събират визуална информация за формата на обектите, като позволяват непрекъснато и едновременна снемане на детайлни данни чрез цялата дължина на пръстите от различни зони на повърхността на предмета.

Предимства на дизайна

Изследователите предвиждат широка приложимост на дизайна в индустрията и други сфери на роботиката:

• Твърдата вътрешна структура на ръката ѝ дава достатъчно сила и здравина, за да захваща тежки обекти, например електрически или ръчни инструменти;
• Меката синтетична кожа ѝ позволява безопасно да държи крехки, чупливи или податливи на деформация предмети (като празна пластмасова бутилка например), без да ги смачка или повреди;
• Освен в промишлени приложения, една мехатронна ръка с толкова доближаваща се до човешката функционалност би била изключително полезна и за роботите домашни асистенти, както и за системите за здравна и социална грижа.

"Съчетанието от меки тъкани и твърди елементи е ключова характеристика за всяка ръка, независимо дали е биологична или роботизирана. Важно свойство на успешния дизайн при системите, които имитират човешките горни крайници, е и да предлагат възможности за сензорна обработка на големи площи.

Основна цел на разработката ни беше да комбинираме тези съществени особености в прототип, позволяващ изпълнението на задачи, които роботизирани хващачи досега не са успявали да изпълнят", разказват създателите на иновативното устройство.

Роботизирани пръсти, които се доближават по устройство до човешките

Всеки от трите пръста на манипулатора разполага със здрав ендоскелет, изработен чрез 3D печат, който е поставен в матрица и обвит чрез леене с прозрачна силиконова кожа. Това елиминира необходимостта от фиксиращи елементи или адхезиви, които да придържат силикона на място, споделят разработчиците.

"Интересна особеност на силикона е, че се набръчква, когато се огъва. Затова изляхме пръстите в леко извита форма, подобно на човешките, когато захващат обекти. Така не се получават толкова много гънки. С изненада по време на тестовете открихме обаче, че тези гънки може да се окажат и полезни. Те осигуряват по добър захват и позволяват на роботизираните пръсти да се движат гладко и безпроблемно по различни повърхности", разкриват от екипа.

Как системата успява да разпознае обекта?

Горният и среден сегмент на ендоскелета във всеки пръст включва двойка прецизни сензори за допир, които се намират непосредствено под синтетичната кожа. Позиционирането им цели леко застъпване на работните полета на всяка от камерите, за да се получи непрекъсната зона за снемане на сензорна информация по дължината на целите пръсти.

Цветните светодиоди осветяват прозрачната тъкан отвътре, като така позволяват на сензорите за машинно зрение да заснемат качествени изображения. Използвайки осветените контури, които се изобразяват по кожата, интелигентен алгоритъм прави обратни изчисления, за да картографира профила и релефа на повърхността на захванатия обект.

В последствие разработчиците обучават специален модел с машинно самообучение да идентифицира с висока успеваемост широк набор от предмети на базата на суровите данни, събрани от изображенията.

Ключови думи: MIT   роботизирана ръка   хващач   манипулатор   пръсти   сензори   машинно зрение   ендоскелет