على مر السنين ، أصبحت الروبوتات جيدة جدًا في التعرف على الأشياء - طالما أنها في العراء. يعتبر تمييز العناصر المدفونة في مادة حبيبية مثل الرمل أمرًا أطول. للقيام بذلك ، يحتاج الإنسان الآلي إلى أصابع نحيفة بما يكفي لاختراق الرمال ، ومتحركة بما يكفي للتلوي عند ازدحام حبيبات الرمل ، وحساسة بدرجة كافية لتشعر بالشكل التفصيلي للجسم المدفون.
صمم باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الآن إصبع روبوت ذو رأس حاد مزود بمستشعر لمسي لمواجهة التحدي المتمثل في تحديد الأجسام المدفونة. في التجارب ، تمكنت Digger Finger التي تحمل اسمًا مناسبًا من الحفر عبر الوسائط الحبيبية مثل الرمل والأرز ، واستشعرت بشكل صحيح أشكال العناصر المغمورة التي واجهتها. يقول الباحثون إن الروبوت قد يؤدي ذات يوم مهام مختلفة تحت الأرض ، مثل العثور على الكابلات المدفونة أو نزع سلاح القنابل المدفونة.
إن السعي لتحديد الأشياء المدفونة في مادة حبيبية - الرمل والحصى وأنواع أخرى من الجسيمات غير المتماسكة - ليست مهمة جديدة تمامًا. في السابق ، استخدم الباحثون تقنيات تستشعر الجوفية من الأعلى ، مثل رادار اختراق الأرض أو الاهتزازات فوق الصوتية. لكن هذه التقنيات توفر فقط رؤية ضبابية للأجسام المغمورة. قد يكافحون للتمييز بين الصخور والعظام ، على سبيل المثال.
يقول أديلسون: "لذا ، فإن الفكرة هي صنع إصبع يتمتع بحاسة لمس جيدة ويمكنه التمييز بين الأشياء المختلفة التي يشعر بها". سيكون ذلك مفيدًا إذا كنت تحاول العثور على القنابل المدفونة وتعطيلها ، على سبيل المثال. " يعني جعل هذه الفكرة حقيقة واقعة إزالة عدد من العقبات.
كان التحدي الأول للفريق يتعلق بالشكل: يجب أن يكون الإصبع الآلي نحيفًا وحاد الرؤوس.
في عمل سابق ، استخدم الباحثون اللمس مدخل بطاقة الذاكرة : نعم تسمى GelSight. يتألف المستشعر من هلام شفاف مغطى بغشاء عاكس يتشوه عند ضغط الأشياء عليه. خلف الغشاء كان هناك ثلاثة ألوان من مصابيح LED وكاميرا. أضاءت الأضواء من خلال الهلام وعلى الغشاء ، بينما جمعت الكاميرا نمط انعكاس الغشاء. ثم استخرجت خوارزميات الرؤية الحاسوبية الشكل ثلاثي الأبعاد لمنطقة التلامس حيث لمس الإصبع الناعم الكائن. قدمت الأداة الغريبة إحساسًا ممتازًا باللمسة الاصطناعية ، لكنها كانت ضخمة بشكل غير مريح.
بالنسبة إلى Digger Finger ، خفف الباحثون من مستشعر GelSight بطريقتين رئيسيتين. أولاً ، قاموا بتغيير الشكل ليكونوا أسطوانة رفيعة ذات طرف مشطوف. بعد ذلك ، تخلصوا من ثلثي مصابيح LED ، باستخدام مزيج من مصابيح LED الزرقاء والطلاء الفلوري الملون. يقول أويانغ: "لقد وفر ذلك الكثير من التعقيد والمساحة". "هكذا تمكنا من تحويله إلى مثل هذا الشكل المضغوط." كان المنتج النهائي مميزًا بجهاز يبلغ غشاء الاستشعار عن طريق اللمس حوالي 2 سم مربع ، على غرار طرف الإصبع.
مع فرز الحجم ، حوّل الباحثون انتباههم إلى الحركة ، وركبوا الإصبع على ذراع إنسان آلي وحفروا في الرمل الناعم الحبيبات والأرز الخشن. تميل الوسائط الحبيبية إلى التكدس عندما يتم قفل العديد من الجسيمات في مكانها. هذا يجعل من الصعب اختراقها. لذلك ، أضاف الفريق اهتزازًا لقدرات Digger Finger ووضعها في مجموعة من الاختبارات.
يقول باتيل: "أردنا أن نرى كيف تساعد الاهتزازات الميكانيكية في الحفر أعمق وتجاوز الاختناقات". "قمنا بتشغيل المحرك الاهتزازي بجهد تشغيل مختلف ، مما يغير سعة وتواتر الاهتزازات." ووجدوا أن الاهتزازات السريعة ساعدت على "تسييل" الوسائط ، وإزالة المربى والسماح بحفر أعمق - من خلال تأثير التميع هذا كان من الصعب تحقيقه في الرمال منه في الأرز.
كما اختبروا حركات التواء مختلفة في كل من الأرز والرمل. في بعض الأحيان ، تتعثر حبيبات كل نوع من الوسائط بين الغشاء اللمسي لـ Digger-Finger والجسم المدفون الذي كان يحاول استشعاره. عندما حدث هذا مع الأرز ، كانت الحبيبات المحاصرة كبيرة بما يكفي لإخفاء شكل الجسم تمامًا ، على الرغم من أنه يمكن عادةً إزالة الانسداد بقليل من الاهتزاز الآلي. كان من الصعب إزالة الرمال المحتبسة ، على الرغم من أن صغر حجم الحبوب يعني أن Digger Finger لا يزال بإمكانه استشعار الخطوط العامة للكائن المستهدف.
يقول باتيل إنه سيتعين على المشغلين تعديل نمط حركة Digger Finger لإعدادات مختلفة "اعتمادًا على نوع الوسائط وحجم الحبوب وشكلها". يخطط الفريق لمواصلة استكشاف الحركات الجديدة لتحسين قدرة Digger Finger على التنقل في الوسائط المختلفة.
يقول أديلسون إن Digger Finger هو جزء من برنامج يوسع المجالات التي يمكن فيها استخدام اللمسة الآلية. يستخدم البشر أصابعهم وسط بيئات معقدة ، سواء كانوا يبحثون عن مفتاح في جيب بنطلونهم أو يشعرون بورم أثناء الجراحة. "كلما أصبحنا أفضل في مصطنع المس ، نريد أن نكون قادرين على استخدامه في المواقف التي تكون فيها محاطًا بجميع أنواع المعلومات المشتتة للانتباه "، كما يقول أديلسون. "نريد أن نكون قادرين على التمييز بين الأشياء المهمة والأشياء غير المهمة."