Naukowcy pokonali poważne wyzwanie w dziedzinie robotyki biomimetycznej, opracowując czujnik, który wspomagany przez sztuczną inteligencję może przesuwać się po tekście w alfabecie Braille’a, dokładnie czytając go z dwukrotnie większą prędkością niż człowiek. Technologia ta mogłaby zostać włączona do robotycznych rąk i protez, zapewniając czułość opuszków palców porównywalną z ludzką.
Ludzkie opuszki palców są niezwykle czułe. Potrafią przekazać szczegóły obiektu tak małego, jak około połowa szerokości ludzkiego włosa, dostrzec subtelne różnice w fakturze powierzchni i zastosować odpowiednią siłę, aby chwycić jajko lub 9-kilogramową torbę karmy dla psów bez poślizgu.
Ponieważ najnowocześniejsze skórki elektroniczne zaczynają zawierać coraz więcej funkcji biomimetycznych, potrzeba dynamicznych interakcji podobnych do ludzkich, takich jak ślizganie się, staje się coraz bardziej istotna. Jednak odtworzenie wrażliwości ludzkiego palca w robotycznym odpowiedniku okazało się trudne pomimo postępów w dziedzinie robotyki miękkiej.
Naukowcy z University of Cambridge w Wielkiej Brytanii zbliżyli się o krok do rzeczywistości, przyjmując podejście wykorzystujące wizyjne czujniki dotykowe w połączeniu ze sztuczną inteligencją do wykrywania cech w wysokiej rozdzielczości i prędkości.
– Miękkość ludzkich opuszków palców jest jednym z powodów, dla których jesteśmy w stanie chwytać przedmioty z odpowiednią siłą nacisku – powiedział Parth Potdar, główny autor badania. – W robotyce miękkość jest przydatną cechą, ale potrzebujesz również wielu informacji z czujników, a trudno jest mieć obie te cechy jednocześnie, zwłaszcza gdy mamy do czynienia z elastycznymi lub odkształcalnymi powierzchniami.
Naukowcy postawili przed sobą trudne zadanie: opracowanie zrobotyzowanego czujnika „opuszki palca”, który może odczytywać alfabet Braille’a, przesuwając się po nim tak, jak zrobiłby to ludzki palec. To idealny test. Czujnik musi być bardzo czuły, ponieważ kropki w każdej reprezentatywnej literze są umieszczone tak blisko siebie.
– Istnieją zrobotyzowane czytniki alfabetu Braille’a, ale odczytują one tylko jedną literę na raz, czyli inaczej niż ludzie – powiedział współautor badania David Hardman. – Istniejące zrobotyzowane czytniki Braille’a działają w sposób statyczny: dotykają jednego wzoru liter, czytają go, podnoszą z powierzchni, przesuwają się, opuszczają na następny wzór liter i tak dalej. Chcemy czegoś bardziej realistycznego i wydajniejszego.
Naukowcy stworzyli więc zrobotyzowany czujnik z kamerą w „opuszku palca”. Mając świadomość, że przesuwanie czujnika powoduje rozmycie ruchu, naukowcy wykorzystali algorytm uczenia maszynowego wyszkolony na zestawie rzeczywistych statycznych obrazów, które zostały syntetycznie rozmyte w celu „rozmycia” obrazów. Po usunięciu rozmycia ruchu, komputerowy model wizyjny wykrył i sklasyfikował każdą literę.
– Jest to trudny problem dla robotyków, ponieważ istnieje wiele procesów przetwarzania obrazu, które należy wykonać, aby usunąć rozmycie ruchu, co jest czaso- i energochłonne – powiedział Potdar.
Włączenie wyszkolonego algorytmu uczenia maszynowego oznaczało, że robotyczny czujnik mógł odczytywać alfabet Braille’a z prędkością 315 słów na minutę z dokładnością 87,5%, czyli dwa razy szybciej niż ludzki czytnik i mniej więcej tak samo dokładnie. Naukowcy twierdzą, że jest to znacznie szybsze niż poprzednie badania, a podejście można skalować za pomocą większej ilości danych i bardziej złożonych architektur modeli, aby osiągnąć lepszą wydajność przy jeszcze wyższych prędkościach.
– Biorąc pod uwagę, że użyliśmy fałszywego rozmycia do wytrenowania algorytmu, zaskakujące było to, jak dokładny był on w czytaniu alfabetu Braille’a – powiedział Hardman. – Znaleźliśmy dobry kompromis między szybkością a dokładnością, co ma również miejsce w przypadku ludzkich czytelników.
Chociaż czujnik nie został zaprojektowany jako technologia wspomagająca, naukowcy twierdzą, że jego zdolność do szybkiego i dokładnego odczytu alfabetu Braille’a dobrze wróży rozwojowi robotycznych rąk lub protez o czułości porównywalnej z ludzkimi opuszkami palców. Naukowcy mają nadzieję, że ich technologia osiągnie rozmiar humanoidalnej dłoni lub skóry.
– Szybkość czytania alfabetu Braille’a to świetny sposób na zmierzenie dynamicznej wydajności systemów wykrywania dotyku, więc nasze odkrycia mogą mieć zastosowanie poza alfabetem Braille’a, w zastosowaniach takich jak wykrywanie tekstur powierzchni lub poślizgu podczas manipulacji robotami – powiedział Potdar.
Źródło: Uniwersytet Cambridge | elektrotechnik AUTOMATYK online