Исследователи разрабатывают недорогой сенсор для улучшения осязания роботов

Достижение ловкости человеческого уровня во время манипуляций и хватания было давней целью в робототехнике. Для достижения этой цели роботам необходимо надежное восприятие тактильной информации и силы. Недавнее исследование, опубликованное в IEEE Robotics and Automation Letters, описывает датчик L3 F-TOUCH, который расширяет возможности классических тактильных датчиков по измерению силы. Датчик легкий, недорогой и беспроводной, что делает его доступным вариантом для модернизации существующих рук и захватов роботов.

Человеческая рука может ощущать давление, температуру, текстуру и боль. Кроме того, человеческая рука может различать объекты на основе их формы, размера, веса и других физических свойств. Многие современные руки роботов или захваты даже близко не похожи на человеческие руки, поскольку у них нет встроенных тактильных возможностей, что усложняет обращение с предметами.

Без знаний о силах взаимодействия и форме обрабатываемого предмета пальцы робота не имели бы никакого "ощущения прикосновения", и предметы могли бы легко выскользнуть из пальцев руки робота или даже быть раздавлены, если они хрупкие.

Исследование, проведенное профессором Каспаром Альтхофером из Лондонского университета королевы Марии, представляет новый сенсор L3 F-TOUCH с высоким разрешением на кончиках пальцев, где L3 означает легкую и недорогую беспроводную связь. Датчик может измерять геометрию объекта и определять силы, взаимодействующие с ним. В отличие от других датчиков, которые оценивают силы взаимодействия с помощью тактильной информации, полученной с помощью изображений с камеры, L3 F-TOUCH измеряет силы взаимодействия напрямую, достигая более высокой точности измерений.

"В отличие от своих конкурентов, которые оценивают испытанные силы взаимодействия путем реконструкции деформации их мягкого эластомера по изображениям с камер, L-3 F-TOUCH измеряет силы взаимодействия непосредственно через интегрированную механическую подвеску с зеркальной системой, обеспечивая более высокую точность измерения и более широкий диапазон измерений".

"Физически датчик спроектирован таким образом, чтобы отделять измерения силы от информации о геометрии. Таким образом, измеряемая трехосевая сила не зависит от геометрии контакта по сравнению с конкурентами. Благодаря встроенной беспроводной связи датчик также превосходит конкурентов в плане интеграции с руками робота", - говорит профессор Каспар Альтофер.

Когда датчик касается поверхности, компактная конструкция подвески позволяет эластомеру — резиноподобному материалу, который деформируется для измерения геометрии контакта с высоким разрешением под воздействием внешней силы, — смещаться при контакте. Чтобы разобраться в этих данных, смещение эластомера отслеживается путем обнаружения перемещения специального маркера, так называемого ARTag, позволяющего нам измерять контактные усилия вдоль трех основных осей (x, y и z) с помощью процесса калибровки.

"Мы сосредоточим нашу будущую работу на расширении возможностей датчика для измерения не только силы вдоль трех основных осей, но и вращательных сил, таких как скручивание, которые могут возникнуть при закреплении винтом, оставаясь при этом точными и компактными. Эти достижения могут улучшить осязание для более динамичных и проворных роботов в задачах манипулирования, даже в условиях взаимодействия человека с роботом, например, для реабилитации пациентов или физической поддержки пожилых людей ", - добавляет профессор Алтофер.

Этот прорыв может проложить путь к более совершенной и надежной робототехнике в будущем, поскольку благодаря датчику L3 F-TOUCH роботы могут обладать чувством осязания, что делает их более способными обращаться с объектами и выполнять сложные манипуляционные задачи.