Інженери з Массачусетського технологічного інституту розробили роботизований палець, оснащений тактильним сенсором, який здатний відшукувати та відчувати форму навіть закопаних у піску чи гравії предметів. У майбутньому він знайде своє застосування, наприклад, у перевірці підземних кабелів або знешкодженні мін. Проєкт інженери мають представити на Міжнародному симпозіумі з експериментальної робототехніки, а поки стаття доступна на сервісі препринтів arxiv.org.
Робопалець шукає закопані у піску предмети. MITCSAIL / YouTube
Як шукати щось у піску?
Роботи вже непогано вміють розпізнавати різні предмети на дотик, особливо якщо їх від роботів не ховати. Так вони можуть відрізнити повну банку «Кока-Коли» від порожньої або кубик Рубіка від коробки з dvd-диском - детальніше про відчуття дотику у роботів ми розповідали у матеріалі «Як роботи дивляться на світ, яке вино їм смакує та чому Ілон Маск знову проти всіх». Втім, не все ж їм «підкидати» предмети одразу під руки, тому наступним завданням для інженерів стало навчити роботів розрізняти приховані предмети. Так нещодавно вчені допомогли маніпулятору знайти потрібний предмет у закритій коробці за допомогою радіочастот, а повзаємодіяти із сипучими матеріалами роботам зазвичай допомагають георадари і ультразвукові коливання.
Річ у тім, що аби навчити робота копатися у подібних середовищах, наприклад, у піску чи купі бобів, необхідно використовувати і тактильний, і візуальний, і слуховий зворотний зв'язок. Причому для тактильного, роботу потрібні пальці: досить тонкі, щоб проникати у пісок, але водночас досить рухливі та стійкі до деформацій, щоб вільно струшувати піщинки і продовжувати рух. Також вони мають бути достатньо чутливими, щоб все ж відчувати детальну форму закопаного об'єкта. І ці тактильні відчуття є набагато важливішими, адже візуальна інформація хоч і більш надійна, все ж підходить лише для приблизної оцінки геометрії і місця розташування об'єктів. Тому взаємодія роботів із сипучими матеріалами залишається поза увагою інженерів, хоча із такими можливостями роботи можуть стати у пригоді для видобутку корисних копалин, розміновування, прокладання і контролю кабелів тощо.
Що пропонують інженери?
Вчені поставили перед собою та роботом три завдання: дати йому змогу легко проникати в гранульований матеріал, забезпечити тактильне сприйняття для ідентифікації об'єктів і об’єднати все це у форму людського пальця, щоб датчик можна було легко встановлювати на вже створені маніпулятори. Для створення свого прототипу Digger Finger вони використали попередні напрацювання — тактильний датчик GelSight. Так покритий відбиваючою мембраною зі світлодіодами та камерою прозорий гель все ж зробили більш схожим на палець — дали йому форму тонкого циліндра зі скошеним кінчиком.
Також інженерам вдалося відмовитися від третини використовуваних раніше ламп, замінивши їх на флуоресцентну фарбу — це необхідно для відбиття на мембрані і подальшої фіксації камерою зображення предмета, до якого торкнувся робот. Силікон на мембрані замінили на двосторонню прозору полімерну стрічку шириною 3 міліметри і товщиною у півтора. Це заощадило багато місця і полегшило виробництво: для нього знадобиться 3D-друк, лазерна різка і фарбування.
Як робот копирсається у піску?
У своїх експериментах інженери використали два типи гранульованих середовищ: пісок і рис. Для кожного випробування маніпулятор спочатку розташовували так, щоб лише кінчик пальця торкався поверхні, а вже потім після команди рука переміщувалася доти, поки не досягала безпечної для двигунів межі. Як у випадку піску, так і рису, ця довжина була меншою за глибину контейнера. Завданням робота було знайти і класифікувати чотири прості форми: трикутник, квадрат, шестикутник і коло, у чому йому допомагала згорткова нейромережа.
Однак, оскільки гранульований матеріал завше прагне кудись засипатися або утворити затор, що ускладнить роботу сенсорам, Digger Finger отримав ще і вібрацію. Так маніпулятор за допомогою швидких вібрацій міг «розріджувати» пісок, усуваючи затори і дозволяючи копати глибше. Хоча варто зазначити, що в експериментах із рисом йому це вдавалося набагато краще. У майбутньому вчені планують оптимізувати здатність Digger Finger працювати у ширшому наборі середовищ. Також варто розв’язати проблему зі зношенням нанесеної на сенсор фарби, адже нейромережі все ж навчали на новеньких даних сенсора і до зношених можуть давати хибнопозитивні прогнози.