EleTac: мягкий роботизированный захват, вдохновленный слоном, с тонким осязанием

Вдохновение из хобота слона помогло создать мягкий роботизированный захват с тонким осязанием. Устройство способно не только бережно хватать предметы, но и чувствовать их.

Мягкий захват с пневматикой

Мягкий пневматический захват смыкается под давлением воздуха. Это позволяет бережно и универсально хватать предметы. Благодаря визуальному сенсору он может определять как контакт с внешними объектами, так и собственную форму. Фото: профессор Ван Ань Хо, Японский институт передовой науки и технологий, Япония.

Мягкие захваты из гибких материалов привлекают всё больше внимания робототехников. В отличие от обычных роботов из жёсткого металла или пластика, такие захваты берут предметы аккуратнее и сами подстраиваются под разную форму.

Поэтому они идеально подходят для деликатных задач: работы с фруктами, выпечкой, лабораторными образцами и медицинскими принадлежностями.

Проблема осязания для гибких роботов

Но хватать предметы - лишь часть того, что умеют роботы. Чтобы манипулировать объектами с ловкостью человека, им нужно осязание. Обратная связь включает: где происходит контакт, с какой силой нажат предмет, какой у него формы и даже как расположены собственные «пальцы» захвата.

Главная трудность в том, что та самая гибкость, которая делает мягкие захваты полезными, мешает оснастить их датчиками. Материал постоянно гнётся и растягивается - обычные сенсоры трудно встроить, не ограничив подвижность или не охватив лишь малые участки. Но что, если подсмотреть у одного из самых впечатляющих хватательных механизмов природы?

Вдохновение природой

В недавнем исследовании, опубликованном в IEEE Transactions on Robotics, команда под руководством профессора Ван Ань Хо из Японского института передовой науки и технологий (JAIST) разработала EleTac. Это мягкий роботизированный захват, вдохновлённый кончиком слоновьего хобота.

В работе описан инновационный дизайн, объединяющий захват предметов с высокоточным тактильным восприятием и проприоцепцией - способностью робота ощущать положение и движение собственного тела. В команду также вошли доцент Шань Ло и аспирант Сюян Чжан из Королевского колледжа Лондона (Великобритания), доктор Туан Тай Нгуен из JAIST и доктор Куан Кхань Лу из Университета Пердью (США).

Как работает EleTac

EleTac использует пару мягких пневматических пальцев, которые мягко смыкаются вокруг объектов. Вместо того чтобы встраивать в захват множество датчиков, исследователи оснастили его одной внутренней камерой «рыбий глаз». Она наблюдает изнутри, как деформируется мягкий материал при захвате. На полученных изображениях команда обучила несколько алгоритмов глубокого обучения извлекать разные виды тактильной информации.

Мягкий захват безопасно обращается с хрупкими предметами. Его сенсорные возможности пригодятся, например, для автоматического мытья посуды или исследований в условиях плохой видимости. Фото: профессор Ван Ань Хо, Японский институт передовой науки и технологий, Япония.

Эксперименты и результаты

Команда оценила EleTac в серии экспериментов по захвату и восприятию. Используя простую стратегию управления, захват успешно справился с самыми разными объектами: фруктами, тофу, тканью, инструментами, болтами и даже игральными картами.

Кроме того, EleTac испытали в двух особенно сложных сценариях:

• Наощупь найти и вытащить ручку, зарытую в песок.
• Стереть маркер с изогнутой посуды губкой.

Вторая задача требовала от захвата корректировать движения в зависимости от того, насколько плотно губка прижимается к каждой поверхности.

Практические преимущества

Исследователи считают одним из главных практических преимуществ EleTac его компактность, лёгкость и низкую стоимость. «EleTac, полностью покрытый тактильной кожей на основе зрения, подходит как готовый концевой эффектор для существующих роботизированных платформ и человекоподобных роботов. Например, захват перспективен для деликатных операций», - говорит Хо.

Помимо ближайших коммерческих и промышленных применений, EleTac - шаг к повсеместному внедрению сервисных роботов.

«Способные определять контакт и прикладывать мягкие усилия, мягкие роботы смогут помогать в повседневных делах, поддерживать пожилых или уязвимых людей и выполнять операции, недоступные сегодняшним жёстким системам. В ближайшем будущем мы видим более безопасных и умелых роботов, работающих бок о бок с людьми в домах, больницах и общественных местах», - заключил Хо.

Теги: мягкий захват, EleTac, тактильное восприятие, пневматический привод, биоинспирированная робототехника, зрение-сенсорика