Robot do szukania zakopanych przedmiotów
06/18/2021
Robot Digger Finger wykorzystuje technologię dotyku w celu odnalezienia zakopanych obiektów. Pewnego dnia może to pomóc w rozbrajaniu min lądowych lub sprawdzaniu kabli.
W ostatnich latach badania nad wykrywaniem obiektów przez roboty ruszyły z kopyta – wystarczy spojrzeć na badania Boston Dynamics czy pojazdów z coraz wyższym stopniem autonomiczności. Jednak wszystko to dotyczy wykrywania obiektów na powierzchni , nie pod nią.
Rozpoznawanie przedmiotów zakopanych w ziarnistym materiale, takim jak piasek, jest trudniejszym zadaniem. Aby to zrobić, robot potrzebowałby palców wystarczająco smukłych, by przebić się przez piasek, ruchomych, by pozbyć się zakleszczających ziaren i czułych, by wyczuć szczegółowy kształt zakopanego obiektu.
Naukowcy z MIT zaprojektowali palec robota o ostrym zakończeniu, wyposażony w czujniki dotykowe. W eksperymentach trafnie nazwany Digger Finger był w stanie przekopać się przez ziarniste materiały, takie jak piasek i ryż. Prawidłowo wyczuwał kształty zanurzonych przedmiotów, które napotkał. Naukowcy twierdzą, że pewnego dnia robot może wykonywać różne podziemne zadania, takie jak znajdowanie zakopanych kabli lub rozbrajanie zakopanych bomb.
Badania zostaną zaprezentowane na Międzynarodowym Sympozjum Robotyki Eksperymentalnej w dniach 15 – 18 listopada 2021 (link). Głównym autorem badania jest Radhen Patel, doktorant w Laboratorium Informatyki i Sztucznej Inteligencji MIT (CSAIL). Współautorami są doktorant SCAIL Branden Romero, doktorantka Uniwersytetu Harvarda Nancy Ouyang oraz Edward Adelson, profesor John i Dorothy Wilson z Vision Science w SCAIL oraz Department of Brain and Cognitice Sciences.
Poszukiwanie obiektów zakopanych w ziarnistym materiale – piasku, żwirze i innych rodzajach luźno upakowanych cząstek – nie jest pionierskim badaniem. Wcześniej naukowcy wykorzystywali technologie, które wykrywają zakopane rzeczy z góry, takie jak radar penetrujący grunt lub wibracje ultradźwiękowe. Niestety te techniki zapewniają tylko mglisty obraz zanurzonych obiektów. Przykładowo mogą mieć trudności z odróżnieniem skały od kości.
„Chodzi więc o to, aby zrobić palec, który ma dobry wyczucie dotyku i potrafi rozróżniać rzeczy, które czuje” – mówi Adelson. „Byłoby to pomocne, jeśli na przykład próbuje się znaleźć i wyłączyć zakopane bomby”.
Pierwszym wyzwaniem zespołu badawczego była kwestia formy: palec robota musiał być smukły i ostro zakończony.
We wcześniejszych pracach naukowcy wykorzystywali czujnik dotykowy o nazwie GelSight. Czujnik składał się z przezroczystego żelu pokrytego odblaskową membraną, która odkształciła się pod naciskiem przedmiotów.
Za membraną znajdowały się trzy kolory świateł LED i kamera. Światło przeświecało przez żel na membranę, a jednocześnie kamera zbierała wzór odbicia membrany. Następnie algorytmy wizyjne wyodrębniły trójwymiarowy kształt obszaru kontaktu, w którym miękki palec dotykał obiektu. Urządzenie zapewniało doskonałe wyczucie sztucznego dotyku, ale było rozmiarowo niepraktyczne.
W Przypadku Digger Finger naukowcy odchudzili czujnik GelSight. Zmienili jego kształt na smukły cylinder ze ściętą końcówką, oraz zrezygnowali z dwóch trzecich świateł LED, używając kombinacji niebieskich diod LED i kolorowej farby fluorescencyjnej. Na koniec prac, powierzchnia czujnika dotykowego na końcu palca miała około 2 centymetry kwadratowe, podobnie jak czubek palca.
Po uporaniu się z rozmiarem naukowcy skupili się na ruchu, montując palec na ramieniu robota i przekopując drobnoziarnisty piasek i gruboziarnisty ryż. Spodziewano się zacięć pracy urządzenia związanego z kumulacją ziaren, dlatego zespół zamontował dodatkowo silniczek wibracyjny i poddał całość serii testów.
„Chcieliśmy zobaczyć, jak wibracje mechaniczne pomagają w kopaniu głębiej i eliminują zacięcia pracy” – mówi Radhen Patel. „Uruchamialiśmy silnik wibracyjny przy różnych napięciach roboczych, co zmienia amplitudę i częstotliwość drgań”. Odkryli, że szybkie wibracje pomogły usunąć zacięcia i umożliwiły głębsze zakopywanie się – chociaż ten efekt fluidyzacji był trudniejszy do osiągnięcia w piasku niż w ryżu.
Naukowcy przetestowali również różne ruchy skrętne w obu środowiskach. W przypadku piasku zdarzało się, że ziarna utykały pomiędzy błoną sensoryczną a zakopanym przedmiotem, jednak palec mógł swobodnie zidentyfikować obiekt. Większy problem stanowiły ziarna ryżu, które ze względu na swój rozmiar zakłócały interpretację obiektu. Ten problem rozwiązywały wówczas wibracje.
Radhen Patel mówi, że operatorzy będą musieli dostosować wzór ruchu koparki do różnych ustawień „w zależności od rodzaju nośnika oraz wielkości i kształtu ziaren”. Zespół planuje nadal badać możliwości ruchu, aby zoptymalizować zdolność Digger Finger do poruszania się w różnym środowisku.
Badacze wierzą, że Digger Finger otworzy drogę do robotycznej manipulacji podłożem z szerokim spektrum funkcjonalności takich jak nabieranie ryżu, zbieranie śmieci, czy do bardziej przemysłowych zastosowań, takich jak znajdowanie i inspekcja zakopanych kabli, bądź innych przedmiotów.
Źródło: Daniel Ackerman MIT News Office, https://arxiv.org/pdf/2102.10230.pdf, https://www.engins.org/external/slender-robotic-finger-senses-buried-items/view/
Autor: Kuba Łozowski
Zobacz też: Autonomiczny robot Orfeusz będzie badał dno oceaniczne
Zobacz też:
