Robots blandos que agarran con la fuerza adecuada | Noticias del MIT



El uso de herramientas ha sido durante mucho tiempo una característica de la inteligencia humana, así como un problema práctico para resolver una amplia gama de aplicaciones robóticas. Pero las máquinas todavía luchan por ejercer la cantidad correcta de fuerza para controlar las herramientas que no están rígidamente unidas a sus manos.

Para manipular dichas herramientas de manera más robusta, investigadores del Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial (CSAIL) del MIT, en colaboración con el Instituto de Investigación de Toyota (TRI), diseñaron un sistema capaz de agarrar herramientas y aplicar la cantidad de fuerza adecuada para una tarea determinada. , como limpiar un líquido o escribir una palabra con un bolígrafo.

El sistema, denominado Efectores finales elásticos en serie, o SEED, utiliza pinzas de burbujas flexibles y cámaras integradas para mapear cómo se deforman las pinzas en un espacio de seis dimensiones (piense en una bolsa de aire que se infla y desinfla) y aplica una fuerza a una herramienta. Con seis grados de libertad, el objeto se puede mover de izquierda a derecha, arriba y abajo, adelante y atrás, rodar, cabecear y girar. El controlador de circuito cerrado, un sistema de autorregulación que mantiene un estado deseado sin interacción humana, utiliza SEED y retroalimentación visuotáctil para ajustar la posición del brazo del robot para aplicar la fuerza deseada.

Esto podría ser útil, por ejemplo, para alguien que usa herramientas cuando hay incertidumbre en la altura de una mesa, ya que una trayectoria preprogramada podría pasar completamente por alto la mesa. «Nos basamos en gran medida en el trabajo de Mason, Raibert y Craig en lo que llamamos una posición híbrida de controlador de fuerza», dice Hyung Ju Suh, estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica e informática en el MIT, afiliado a CSAIL y autor principal de un nuevo artículo sobre SEED. «Es la idea, que si realmente tuvieras tres dimensiones para mover cuando escribes en una pizarra, quieres poder controlar la posición en algunos de los ejes, mientras controlas la fuerza en el otro eje».

Los robots de cuerpo rígido y sus contrapartes solo pueden llevarnos hasta cierto punto; la suavidad y la flexibilidad ofrecen el lujo y la capacidad de deformarse, de sentir la interacción entre la herramienta y la mano.

Con SEED, cada corrida detectada por el robot es una imagen 3D reciente de las pinzas, lo que permite un seguimiento en tiempo real de cómo las pinzas cambian de forma alrededor de un objeto. Estas imágenes se utilizan para reconstruir la posición de la herramienta y el robot utiliza un modelo aprendido para asignar la posición de la herramienta a la fuerza medida. El modelo aprendido se obtiene utilizando la experiencia previa del robot, donde perturba un sensor de par de fuerza para determinar la rigidez de las abrazaderas de burbuja. Ahora, una vez que el robot detecta la fuerza, la compara con la fuerza que el usuario está comandando y tal vez piensa: «Resulta que la fuerza que estoy sintiendo en este momento no lo es todo. Justo ahí. Tengo que presionar más fuerte. Luego se movería en la dirección para aumentar la fuerza, todo en el espacio 6D.

Durante la «tarea de la escobilla de goma», SEED recibió la cantidad justa de fuerza para limpiar el líquido en un avión, donde los métodos básicos lucharon para obtener el barrido correcto. Cuando se le pidió que pusiera papel en un bolígrafo, el robot en realidad escribió «MIT» y también pudo aplicar la cantidad correcta de fuerza para apretar un tornillo.

Si bien SEED era consciente de que tenía que controlar la fuerza o el torque para una tarea determinada, si se sujetaba con demasiada fuerza, el objeto inevitablemente resbalaría, por lo que existe un límite superior para esta dureza ejercida. Además, si es un robot rígido, puede simular sistemas que son más blandos que su rigidez mecánica natural, pero no al revés.

Actualmente, el sistema asume una geometría muy específica para las herramientas: debe ser cilíndrica, y todavía existen muchas limitaciones sobre cómo puede generalizarse al encontrar nuevos tipos de formas. El trabajo futuro puede implicar la generalización del marco a diferentes formas para que pueda manejar herramientas arbitrarias en la naturaleza.

“A nadie le sorprenderá que el cumplimiento pueda ayudar con las herramientas, o que la detección de fuerza sea una buena idea; la pregunta aquí es hacia dónde debe ir el cumplimiento del robot y qué tan suave debe ser”, dice el coautor del artículo Russ Tedrake, profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación, aeronáutica y astronáutica e ingeniería mecánica en el MIT y director de Toyota. Investigador CSAIL. «Aquí exploramos la regulación de una rigidez bastante suave de seis grados de libertad directamente en la interfaz mano/herramienta, y demostramos que hay algunos beneficios agradables al hacerlo».

Suh escribió el artículo junto con Naveen Kuppuswamy, investigador principal del Instituto de Investigación de Toyota; Tao Pang, estudiante de doctorado en ingeniería mecánica en MIT y afiliado a CSAIL; Paul Mitiguy y Alex Alspach del TRI; y Tedrake. Presentarán su trabajo en la Conferencia Internacional IEEE/RSJ sobre Sistemas y Robots Inteligentes en octubre.

El Instituto de Investigación de Toyota proporcionó fondos para apoyar este trabajo.

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