Des ingénieurs développent un préhenseur robotique doté de riches capacités sensorielles

Une manière flexible de saisir des objets avec émotion |  Nouvelles du MIT

La pince GelSight Fin Ray tient un pot Mason en verre avec sa détection tactile. Crédit : MIT CSAIL.

La notion d’un grand robot métallique qui parle d’une voix monocorde et se déplace d’un pas lourd et délibéré est quelque peu difficile à ébranler. Mais les praticiens dans le domaine de la robotique douce ont une toute autre image en tête : des dispositifs autonomes composés de pièces souples et douces au toucher, ressemblant plus à des doigts humains que R2-D2 ou Robby the Robot.

Ce modèle est actuellement poursuivi par le professeur Edward Adelson et son groupe de sciences perceptuelles au Laboratoire d’informatique et d’intelligence artificielle (CSAIL) du MIT. Dans un projet récent, Adelson et Sandra Liu, titulaire d’un doctorat en génie mécanique. étudiant au CSAIL – ont développé une pince robotique utilisant de nouveaux doigts “GelSight Fin Ray” qui, comme la main humaine, sont suffisamment souples pour manipuler des objets. Ce qui distingue ce travail des autres efforts dans le domaine, c’est que Liu et Adelson ont doté leur pince de capteurs tactiles qui peuvent atteindre ou dépasser la sensibilité de la peau humaine.

Leur travail a été présenté la semaine dernière lors de la 5e conférence internationale IEEE 2022 sur la robotique douce.

Le rayon de la nageoire est devenu un élément populaire en robotique douce grâce à une découverte faite en 1997 par le biologiste allemand Leif Kniese. Il a remarqué que lorsqu’il poussait contre la queue d’un poisson avec son doigt, le rayon se courbait vers la force appliquée, embrassant presque son doigt, plutôt que de s’incliner. Le design est devenu populaire, mais il manque de sensibilité tactile. “Il est polyvalent car il peut s’adapter passivement à différentes formes et donc saisir une variété d’objets”, explique Liu. “Mais afin d’aller au-delà de ce que d’autres dans le domaine avaient déjà fait, nous avons décidé d’intégrer un capteur tactile riche dans notre pince.”

Le préhenseur se compose de deux doigts flexibles à rayons fins qui épousent la forme de l’objet avec lequel ils entrent en contact. Les doigts eux-mêmes sont assemblés à partir de matériaux plastiques souples réalisés sur une imprimante 3D, ce qui est assez classique dans le domaine. Cependant, les doigts généralement utilisés dans les pinces robotiques souples ont des entretoises de soutien sur toute la longueur de leur intérieur, tandis que Liu et Adelson ont creusé la région intérieure afin de pouvoir créer de la place pour leur caméra et d’autres composants sensoriels.

La caméra est montée sur un support semi-rigide à une extrémité de la cavité évidée, elle-même éclairée par des LED. La caméra fait face à une couche de coussinets “sensoriels” composés de gel de silicone (appelé “GelSight”) qui est collé à une fine couche de matériau acrylique. La feuille acrylique, à son tour, est attachée au doigt en plastique à l’extrémité opposée de la cavité intérieure. En touchant un objet, le doigt se repliera de manière transparente autour de lui, se fondant aux contours de l’objet. En déterminant exactement comment les feuilles de silicone et d’acrylique sont déformées au cours de cette interaction, la caméra, ainsi que les algorithmes de calcul qui l’accompagnent, peut évaluer la forme générale de l’objet, sa rugosité de surface, son orientation dans l’espace et la force appliquée par (et transmis à) chaque doigt.






Crédit : Institut de technologie du Massachusetts

Liu et Adelson ont testé leur préhenseur dans une expérience au cours de laquelle un seul des deux doigts a été « sensibilisé ». Leur appareil a géré avec succès des objets tels qu’un mini-tournevis, une fraise en plastique, un tube de peinture acrylique, un pot Ball Mason et un verre à vin. Pendant que la pince tenait la fausse fraise, par exemple, le capteur interne a pu détecter les “graines” à sa surface. Les doigts saisirent le tube de peinture sans serrer au point de percer le récipient et de renverser son contenu.

Le capteur GelSight pouvait même distinguer le lettrage sur le pot Mason, et l’a fait d’une manière plutôt intelligente. La forme générale du pot a d’abord été déterminée en voyant comment la feuille d’acrylique était pliée lorsqu’elle était enroulée autour de celle-ci. Ce motif a ensuite été soustrait, par un algorithme informatique, de la déformation du tampon en silicone, et ce qui restait était la déformation plus subtile due uniquement aux lettres.

Les objets en verre représentent un défi pour les robots basés sur la vision en raison de la réfraction de la lumière. Les capteurs tactiles sont insensibles à une telle ambiguïté optique. Lorsque le préhenseur saisit le verre à vin, il pouvait sentir l’orientation de la tige et s’assurer que le verre pointait vers le haut avant de l’abaisser lentement. Lorsque la base a touché le dessus de la table, le coussin de gel a détecté le contact. Un placement correct s’est produit dans sept essais sur 10 et, heureusement, aucun verre n’a été endommagé pendant le tournage de cette expérience.

Wenzhen Yuan, professeur adjoint à l’Institut de robotique de l’Université Carnegie Mellon qui n’a pas participé à la recherche, déclare : « La détection avec des robots mous a été un grand défi, car il est difficile de mettre en place des capteurs – qui sont traditionnellement rigides – sur corps mous », dit Yuan. « Cet article fournit une solution soignée à ce problème. Les auteurs ont utilisé une conception très intelligente pour faire fonctionner leur capteur basé sur la vision pour la pince conforme, générant ainsi de très bons résultats lorsque les robots saisissent des objets ou interagissent avec l’environnement extérieur. La technologie a beaucoup de potentiel pour être largement utilisée pour les préhenseurs robotiques dans des environnements réels.”

Liu et Adelson peuvent prévoir de nombreuses applications possibles pour le GelSight Fin Ray, mais ils envisagent d’abord quelques améliorations. En creusant le doigt pour libérer de l’espace pour leur système sensoriel, ils ont introduit une instabilité structurelle, une tendance à se tordre, qui, selon eux, peut être contrecarrée par une meilleure conception. Ils veulent fabriquer des capteurs GelSight compatibles avec des robots mous imaginés par d’autres équipes de recherche. Et ils prévoient également de développer une pince à trois doigts qui pourrait être utile dans des tâches telles que ramasser des morceaux de fruits et évaluer leur maturité.

La détection tactile, dans leur approche, est basée sur des composants peu coûteux : une caméra, du gel et des LED. Liu espère qu’avec une technologie comme GelSight, “il sera peut-être possible de proposer des capteurs à la fois pratiques et abordables”. C’est du moins un objectif vers lequel elle et d’autres membres du laboratoire s’efforcent d’atteindre.


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Plus d’information:
Sandra Q. Liu et al, GelSight Fin Ray : Incorporation de la détection tactile dans une pince robotique souple et conforme, arXiv : 2204.07146 [cs.RO] arxiv.org/abs/2204.07146

Fourni par le Massachusetts Institute of Technology

Cette histoire est republiée avec l’aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l’actualité de la recherche, de l’innovation et de l’enseignement du MIT.

Citation: Une manière flexible de saisir des objets avec sensation : les ingénieurs développent une pince robotique dotée de capacités sensorielles riches (2022, 15 avril) récupéré le 15 avril 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-04-flexible-items-robotic- pince-riche.html

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