Una forma flexible de agarrar objetos con sentimiento.

Una forma flexible de agarrar objetos con sentimiento.

  • Robotica
  • abril 18, 2022
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La pinza GelSight Fin Ray sostiene un tarro de vidrio con su detección táctil. Foto cortesía de MIT CSAIL.

Por Rachel Gordon | CON CSAIL

La idea de un gran robot metálico, hablando monótonamente y moviéndose con pasos pesados ​​y deliberados, es un poco difícil de quitar. Pero los profesionales en el campo de la robótica blanda tienen en mente una imagen muy diferente: dispositivos autónomos compuestos de partes compatibles que son suaves al tacto y más parecidos a los dedos humanos que R2-D2 o Robby the Robot.

Este modelo ahora está siendo perseguido por el profesor Edward Adelson y su Grupo de Ciencias de la Percepción en el Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial (CSAIL) del MIT. En un proyecto reciente, Adelson y Sandra Liu, estudiante de doctorado en ingeniería mecánica en CSAIL, desarrollaron una pinza robótica con novedosos dedos «GelSight Fin Ray» que, al igual que la mano humana, es lo suficientemente flexible para manipular objetos. Lo que diferencia este trabajo de otros esfuerzos en el campo es que Liu y Adelson equiparon su pinza con sensores táctiles que pueden igualar o superar la sensibilidad de la piel humana.

Su trabajo se presentó en la 5ª Conferencia Internacional sobre Robótica Blanda del IEEE de 2022 la semana pasada.

La raya con aletas se ha convertido en un tema popular en la robótica blanda debido a un descubrimiento del biólogo alemán Leif Kniese en 1997. Se dio cuenta de que cuando presionaba contra una cola de pez con el dedo, el rayo se doblaba en la dirección de la fuerza ejercida, casi abrazando su dedo en lugar de volcarse. El diseño se ha vuelto popular pero carece de sensibilidad táctil. «Es versátil porque puede adaptarse pasivamente a diferentes formas y, por lo tanto, agarrar una variedad de objetos», explica Liu. «Pero para ir más allá de lo que otros ya han hecho en este campo, nos propusimos integrar un sensor táctil rico en nuestra pinza».

La pinza consta de dos dedos flexibles Fin-Ray que se adaptan a la forma del objeto con el que entran en contacto. Los propios dedos se ensamblan a partir de materiales plásticos flexibles fabricados en una impresora 3D, lo cual es bastante común en la industria. Sin embargo, los dedos que normalmente se usan en las pinzas robóticas blandas tienen barras transversales de soporte que se extienden a lo largo de su interior, mientras que Liu y Adelson ahuecaron el interior para dejar espacio para su cámara y otros componentes sensoriales.

La cámara está montada sobre una base semirrígida en un extremo de la cavidad excavada, que a su vez está iluminada por LED. La cámara se enfrenta a una capa de almohadillas «sensoriales» hechas de gel de silicona (conocidas como «GelSight») adheridas a una capa delgada de material acrílico. La placa de acrílico, a su vez, se une a la pieza de dedo de plástico en el extremo opuesto de la cavidad interna. Al tocar un objeto, el dedo lo envuelve perfectamente y se fusiona con los contornos del objeto. Al determinar con precisión cómo se deforman las láminas de silicona y acrílico durante esta interacción, la cámara, junto con los algoritmos computacionales que la acompañan, puede determinar la forma general del objeto, la rugosidad de su superficie, su orientación en el espacio y la fuerza ejercida por (y abandonada) ) cada dedo.

Liu y Adelson probaron su pinza en un experimento en el que solo se «detectó» uno de los dos dedos. Su dispositivo manejó con éxito elementos como un mini destornillador, una fresa de plástico, un tubo de pintura acrílica, un tarro de albañil y una copa de vino. Por ejemplo, mientras la pinza sostenía la fresa falsa, el sensor interno pudo detectar las «semillas» en su superficie. Los dedos agarraron el tubo de pintura sin apretarlo lo suficiente como para romper el recipiente y derramar su contenido.

El sensor GelSight incluso pudo reconocer las letras en el tarro de albañil, y lo hizo de una manera bastante inteligente. Primero se determinó la forma general del frasco observando cómo se flexionaba la lámina acrílica al envolverla. Luego, este patrón se restó de la deformación de la almohadilla de silicona mediante un algoritmo de computadora, y lo que quedó fue la deformación más sutil que se debió únicamente a las letras.

Los objetos de vidrio son un desafío para los robots basados ​​en la visión debido a la refracción de la luz. Los sensores táctiles son inmunes a tal ambigüedad óptica. Cuando la pinza levantó la copa de vino, pudo sentir la orientación del pie y asegurarse de que la copa apuntaba hacia arriba antes de bajarla lentamente. Cuando la base tocó la superficie de la mesa, la almohadilla de gel sintió el contacto. La colocación correcta ocurrió siete de cada diez veces y, afortunadamente, no se dañó ningún vidrio durante la filmación de este experimento.

Wenzhen Yuan, profesor asistente en el Instituto de Robótica de la Universidad Carnegie Mellon que no participó en la investigación, dice: «La detección con robots suaves ha sido un gran desafío porque es difícil conectar sensores, que tradicionalmente son rígidos, a cuerpos blandos. «, dice Yuan. “Este documento ofrece una solución limpia a este problema. Los autores utilizaron un diseño muy inteligente para hacer que su sensor de agarre compatible basado en visión funcionara y, por lo tanto, lograran muy buenos resultados cuando los robots agarran objetos o interactúan con el entorno externo. La tecnología tiene un gran potencial para su uso generalizado en pinzas robóticas en entornos reales”.

Liu y Adelson ven muchas aplicaciones potenciales para GelSight Fin Ray, pero primero están considerando algunas mejoras. Al ahuecar el dedo para dejar espacio a su sistema sensorial, introdujeron una inestabilidad estructural, una tendencia a torcerse, que creen que puede contrarrestarse con un mejor diseño. Quieren hacer que los sensores GelSight sean compatibles con los robots blandos desarrollados por otros equipos de investigación. También planean desarrollar una pinza de tres dedos que podría ser útil en tareas como recoger piezas de fruta y evaluar su madurez.

La tecnología de sensores táctiles se basa en componentes económicos: una cámara, algo de gel y algunos LED. Liu espera que con una tecnología como GelSight, «es posible crear sensores que sean prácticos y asequibles». Al menos ese es un objetivo por el que ella y otros en el laboratorio se esfuerzan.

El Instituto de Investigación de Toyota y la Oficina de Investigación Naval de EE. UU. proporcionaron fondos para apoyar este trabajo.

Etiquetas: c-investigación innovación


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