Donner aux robots doux la sensation d’être en contact avec la nature | MIT News
L’un des sujets les plus brûlants de la robotique est le domaine des robots souples, qui utilisent des matériaux souples et mou plutôt que les matériaux rigides traditionnels. Mais les robots souples ont été limités en raison de leur manque de bon sens. Un bon préhenseur robotique doit sentir ce qu’il touche (détection tactile), et il doit détecter la position de ses doigts (proprioception). La plupart des robots souples ne disposent pas de ce type de détection.
Dans une nouvelle paire d’articles, des chercheurs du MIT Laboratoire d’informatique et d’intelligence artificielle (CSAIL) a mis au point de nouveaux outils pour permettre aux robots de mieux percevoir ce avec quoi ils interagissent : la capacité de voir et de classer des objets, et un toucher plus doux et délicat.
« Nous souhaitons permettre de voir le monde en ressentant le monde. Les mains douces des robots ont une peau sensible qui leur permet de saisir toute une gamme d’objets, des plus délicats, comme des chips, aux plus lourds, comme des bouteilles de lait », explique Daniela Rus, directrice de CSAIL, professeur Andrew et Erna Viterbi de génie électrique et d’informatique et doyenne adjointe de la recherche au MIT Stephen A. Schwarzman College of Computing.
Un document s’appuie sur les recherches menées l’année dernière au MIT et à l’université de Harvard, où une équipe a mis au point une pince robotique souple et solide sous la forme d’une structure d’origami en forme de cône. Elle s’effondre sur les objets, un peu comme le piège à mouches de Vénus, pour saisir des objets qui pèsent jusqu’à 100 fois son poids.
Pour que cette nouvelle polyvalence et cette adaptabilité soient encore plus proches de celles d’une main humaine, une nouvelle équipe a apporté un complément judicieux : des capteurs tactiles, constitués de « vessies » (ballons) en latex reliées à des capteurs de pression. Ces nouveaux capteurs permettent à la pince non seulement de saisir des objets aussi délicats que des chips, mais aussi de les classer, ce qui permet au robot de mieux comprendre ce qu’il saisit, tout en faisant preuve de légèreté.
Lors de la classification des objets, les capteurs ont identifié correctement 10 objets avec une précision de plus de 90 %, même lorsqu’un objet a glissé hors de portée.
« Contrairement à beaucoup d’autres capteurs tactiles souples, les nôtres peuvent être rapidement fabriqués, transformés en pinces et faire preuve de sensibilité et de fiabilité », explique Josie Hughes, post-doc au MIT, auteur principal d’un nouvel article sur les capteurs. « Nous espérons qu’ils fourniront une nouvelle méthode de détection douce qui pourra être appliquée à un large éventail d’applications différentes dans des contextes de fabrication, comme l’emballage et le levage ».
Dans un deuxième documentUn groupe de chercheurs a créé un doigt robotique souple appelé « GelFlex » qui utilise des caméras intégrées et un apprentissage approfondi pour permettre une détection tactile haute résolution et la « proprioception » (conscience des positions et des mouvements du corps).
La pince, qui ressemble beaucoup à une pince à gobelet à deux doigts que vous pourriez voir dans une station-service, utilise un mécanisme actionné par un tendon pour actionner les doigts. Lorsqu’il a été testé sur des objets métalliques de formes diverses, le système avait une précision de reconnaissance de plus de 96 %.
« Notre doigt mou peut fournir une grande précision sur la proprioception et prédire avec précision les objets saisis, et aussi supporter un impact considérable sans nuire à l’environnement interactif et à lui-même », déclare Yu She, auteur principal d’un nouvel article sur GelFlex. « En contraignant les doigts souples avec un exosquelette flexible, et en effectuant une détection haute résolution avec des caméras intégrées, nous ouvrons un large éventail de possibilités pour les manipulateurs souples ».
Les sens de la balle magique
La pince de la boule magique est faite d’une structure en origami souple, enveloppée par un ballon souple. Lorsqu’un vide est appliqué au ballon, la structure en origami se referme autour de l’objet, et la pince se déforme en fonction de sa structure.
Bien que ce mouvement permette à la pince de saisir une gamme d’objets beaucoup plus large que jamais, comme des boîtes de soupe, des marteaux, des verres à vin, des bourdons et même une simple fleur de brocoli, les plus grandes complexités de la délicatesse et de la compréhension étaient encore hors de portée – jusqu’à ce qu’ils ajoutent les capteurs.
Lorsque les capteurs subissent une force ou une contrainte, la pression interne change, et l’équipe peut mesurer ce changement de pression pour identifier le moment où elle le ressentira à nouveau.
En plus du capteur en latex, l’équipe a également développé un algorithme qui utilise le retour d’information pour permettre à la pince de posséder une dualité de force et de précision semblable à celle des humains – et 80 % des objets testés ont été saisis avec succès sans dommage.
L’équipe a testé les capteurs de préhension sur divers articles ménagers, allant des bouteilles lourdes aux petits objets délicats, y compris des boîtes de conserve, des pommes, une brosse à dents, une bouteille d’eau et un sac de biscuits.
À l’avenir, l’équipe espère rendre la méthodologie évolutive, en utilisant des méthodes de conception et de reconstruction informatiques pour améliorer la résolution et la couverture grâce à cette nouvelle technologie de capteurs. Enfin, ils imaginent d’utiliser les nouveaux capteurs pour créer une peau de détection fluidique qui montre l’extensibilité et la sensibilité.
Hughes a co-écrit le nouveau document avec Rus, qu’ils présenteront virtuellement à la Conférence internationale sur la robotique et l’automatisation de 2020.
GelFlex
Dans le second article, une équipe du CSAIL s’est penchée sur la possibilité de donner à une pince robotique souple des sens plus nuancés, à l’image de ceux des humains. Les doigts souples permettent un large éventail de déformations, mais pour être utilisés de manière contrôlée, ils doivent être dotés d’un riche sens tactile et proprioceptif. L’équipe a utilisé des appareils photo intégrés avec des objectifs grand angle « fisheye » qui capturent les déformations du doigt de manière très détaillée.
Pour créer le GelFlex, l’équipe a utilisé un matériau en silicone pour fabriquer le doigt souple et transparent, et a placé une caméra près du bout du doigt et l’autre au milieu du doigt. Ensuite, ils ont peint de l’encre réfléchissante sur la surface avant et latérale du doigt, et ont ajouté des lumières LED à l’arrière. Cela permet à la caméra interne d’observer l’état de la surface frontale et latérale du doigt.
L’équipe a formé des réseaux neuronaux pour extraire des informations clés des caméras internes afin d’obtenir un retour d’information. Un réseau neuronal a été formé pour prédire l’angle de flexion du GelFlex, et l’autre pour estimer la forme et la taille des objets saisis. Le préhenseur pouvait alors saisir divers objets tels qu’un Rubik’s cube, un boîtier de DVD ou un bloc d’aluminium.
Lors des tests, l’erreur de position moyenne lors de la préhension était inférieure à 0,77 millimètre, ce qui est mieux que celle d’un doigt humain. Lors d’une deuxième série de tests, la pince a été mise au défi de saisir et de reconnaître des cylindres et des boîtes de différentes tailles. Sur 80 essais, seuls trois ont été mal classés.
À l’avenir, l’équipe espère améliorer les algorithmes de proprioception et de détection tactile, et utiliser des capteurs basés sur la vision pour estimer des configurations de doigts plus complexes, comme la torsion ou la flexion latérale, qui sont difficiles à réaliser avec des capteurs courants, mais qui devraient être possibles avec des caméras intégrées.
Yu Elle a co-écrit l’article sur GelFlex avec Sandra Q. Liu, étudiante diplômée du MIT, Peiyu Yu de l’université de Tsinghua et Edward Adelson, professeur au MIT. Ils présenteront le document virtuellement à la conférence internationale 2020 sur la robotique et l’automatisation.
