Una forma flexible de agarrar objetos con emoción | Noticias del MIT



La noción de un gran robot metálico que habla con una voz monótona y se mueve con un paso pesado y deliberado es algo difícil de quitar. Pero los profesionales en el campo de la robótica blanda tienen una imagen completamente diferente en mente: dispositivos autónomos hechos de partes flexibles y suaves al tacto que se parecen más a los dedos humanos que a R2-D2 o Robby the Robot.

Este modelo está siendo perseguido actualmente 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 utilizando los nuevos dedos «GelSight Fin Ray» que, al igual que la mano humana, son lo suficientemente flexibles para manipular objetos. Lo que diferencia este trabajo de otros esfuerzos en el campo es que Liu y Adelson han equipado su pinza con sensores táctiles que pueden igualar o superar la sensibilidad de la piel humana.

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

El rayo de aleta se convirtió en una característica popular en la robótica blanda gracias a un descubrimiento realizado en 1997 por el biólogo alemán Leif Kniese. Se dio cuenta de que cuando empujaba contra la cola de un pez con el dedo, el rayo se doblaba hacia la fuerza aplicada, casi besando su dedo, en lugar de inclinarse. 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», dice Liu. «Pero para ir más allá de lo que ya habían hecho otros en el campo, decidimos integrar un sensor táctil enriquecido en nuestra pinza».

La pinza consta de dos dedos flexibles con radios delgados 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, que es bastante estándar en el campo. Sin embargo, los dedos que normalmente se usan en las pinzas robóticas flexibles tienen puntales de soporte que recorren toda la longitud de sus interiores, mientras que Liu y Adelson ahuecaron la región interior para poder dejar espacio para su cámara y otros componentes sensoriales.

La cámara está montada sobre un soporte semirrígido en un extremo de la cavidad empotrada, que a su vez está iluminada por LED. La cámara se enfrenta a una capa de almohadillas «sensoriales» compuestas de gel de silicona (llamado «GelSight») que se une a una capa delgada de material acrílico. La lámina acrílica, a su vez, se une al dedo de plástico en el extremo opuesto de la cavidad interna. Al tocar un objeto, el dedo lo envolverá perfectamente, mezclándose con los contornos del objeto. Al determinar exactamente cómo se deforman las láminas de silicona y acrílico durante esta interacción, la cámara, y los algoritmos computacionales que la acompañan, pueden evaluar la forma general del objeto, la rugosidad de su superficie, su orientación en el espacio y la fuerza aplicada (y transmitida) cada dedo

Liu y Adelson probaron su pinza en un experimento en el que solo se «sensibilizó» uno de los dos dedos. Su dispositivo manejó con éxito objetos como un mini destornillador, una fresa de plástico, un tubo de pintura acrílica, un tarro Ball Mason y una copa de vino. Mientras la pinza sostenía la fresa falsa, por ejemplo, el sensor interno pudo detectar «semillas» en su superficie. Los dedos agarraron el tubo de pintura con la suficiente holgura como para perforar el recipiente y derramar su contenido.

El sensor GelSight incluso pudo distinguir las letras en el tarro Mason, y lo hizo de una manera bastante inteligente. Primero se determinó la forma general del frasco observando cómo se doblaba la lámina acrílica cuando se envolvía alrededor de ella. Luego, este patrón se restó, mediante un algoritmo informático, de la deformación de la almohadilla de silicona, y lo que quedó fue la deformación más sutil debida únicamente a las letras.

Los objetos de vidrio presentan un desafío para los robots basados ​​en visión debido a la refracción de la luz. Los sensores táctiles son insensibles a tal ambigüedad óptica. Cuando la pinza agarró 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 detectó el contacto. La colocación correcta ocurrió en siete de 10 ensayos y, afortunadamente, ningún vidrio se dañó 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 configurar sensores, que tradicionalmente son rígidos, en cuerpos blandos». dice Yuan. “Este documento proporciona una solución interesante a este problema. Los autores utilizaron un diseño muy inteligente para operar su sensor basado en visión para la pinza conformada, lo que arrojó muy buenos resultados cuando los robots agarran objetos o interactúan con el entorno externo. La tecnología tiene mucho potencial para ser ampliamente utilizada para pinzas robóticas en entornos del mundo real.

Liu y Adelson pueden prever muchas aplicaciones posibles para GelSight Fin Ray, pero primero consideran algunas mejoras. Al ahuecar el dedo para liberar espacio para su sistema sensorial, introdujeron 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 imaginados por otros equipos de investigación. Y también planean desarrollar una pinza de tres dedos que podría ser útil en tareas como recoger piezas de fruta y evaluar su madurez.

La detección táctil, en su enfoque, se basa en componentes económicos: una cámara, gel y LED. Liu espera que con tecnología como GelSight, «puede ser posible ofrecer 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.

Deja un comentario