Un capteur tactile à base de polymère souple pour les applications robotiques

Pour s’attaquer efficacement aux tâches quotidiennes, les robots doivent être capables de détecter les propriétés et les caractéristiques des objets dans leur environnement, afin de pouvoir les saisir et les manipuler en conséquence. Les humains y parviennent naturellement en utilisant leur sens du toucher et les roboticiens ont donc essayé de fournir aux robots des capacités de détection tactile similaires.

Une équipe de chercheurs de l’Université de Hong Kong a récemment développé un nouveau capteur tactile doux qui pourrait permettre aux robots de détecter différentes propriétés des objets qu’ils saisissent. Ce capteur, présenté dans un article pré-publié sur arXivest composé de deux couches de fibres optiques tissées et d’un algorithme d’auto-étalonnage.

“Bien qu’il existe de nombreux capteurs tactiles souples et conformables sur les applications robotiques capables de découpler la force normale et les forces de cisaillement, l’impact de la taille de l’objet en contact sur le modèle d’étalonnage de la force a été généralement ignoré”, Wentao Chen, Youcan Yan, et leurs collègues ont écrit dans leur article.

“En utilisant le principe selon lequel la force de contact peut être dérivée de la perte de puissance lumineuse dans le noyau de la fibre optique souple, nous présentons un capteur tactile souple qui découple les forces normales et de cisaillement et calibre les résultats de mesure en fonction de la taille de l’objet, en concevant un deux- Structure anisotrope de fibres optiques à base de polymères tissées en couches noyées dans un élastomère souple.”

Essentiellement, le capteur tactile proposé par l’équipe produit une réponse anisotrope lorsqu’il est déformé dans différentes directions. Cette réponse est ensuite traitée par un algorithme de calibration linéaire, qui cartographie directement les signaux émis par les fibres optiques à la taille de l’objet en contact avec le capteur et les forces calibrées à la taille de l’objet.

Chen, Yan et leurs collègues ont évalué leur capteur dans une série d’expériences réelles, en l’intégrant au bout d’un bras robotique. Lors de ces premiers tests, le capteur a obtenu des résultats très prometteurs, car il pouvait mesurer avec une bonne précision la taille des objets et leurs forces normales et de cisaillement calibrées par leur taille.

“En calibrant le capteur à l’extrémité du bras robotique, nous montrons que les robots peuvent reconstruire le vecteur de force avec une précision moyenne de 0,15 N pour les forces normales, 0,17 N pour les forces de cisaillement en X et 0,18 N pour les forces de cisaillement en Y- axe, dans la plage de détection de 0 à 2 N dans toutes les directions, et la précision moyenne de la mesure de la taille de l’objet de 0,4 mm, dans la plage de diamètre du pénétrateur de test de 5 à 12 mm », ont expliqué Chen, Yan et leurs collègues dans leur article.

“Les résultats mettent en évidence la précision des mesures permise par la conception matérielle de la structure de fibre optique à deux couches anisotrope et du PCB flexible et de l’algorithme d’étalonnage.”

Contrairement à d’autres systèmes tactiles artificiels développés dans le passé, le capteur logiciel des chercheurs ne s’appuie pas sur des modèles d’intelligence artificielle (IA) basés sur les données, qui peuvent être exigeants en termes de calcul et nécessitent souvent une formation importante. Cela facilite sa mise en œuvre à grande échelle, puisque son procédé de fabrication est également relativement simple et peu coûteux.

À l’avenir, ce nouveau capteur à base de polymère pourrait être intégré et testé sur une plus large gamme de robots, afin de valider davantage ses performances dans des expériences en conditions réelles. De plus, les chercheurs prévoient d’améliorer encore sa conception, par exemple en incluant des couches de fibres optiques supplémentaires ou en les disposant différemment pour décoder des informations tactiles supplémentaires.

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