何年にもわたって、ロボットは屋外にいる限り、オブジェクトを識別するのに非常に優れています。 砂のような粒状の物質に埋もれているものを区別することは、より高い順序です。 そのためには、ロボットは砂を貫通するのに十分細く、砂粒が詰まったときに自由に蠢くのに十分な可動性を持ち、埋もれた物体の詳細な形状を感じるのに十分な感度のある指を必要とします。
MITの研究者は、埋もれた物体を特定するという課題に対応するために、触覚センシングを備えた先端の鋭いロボット指を設計しました。 実験では、適切な名前の Digger Finger が砂や米などの粒状の媒体を掘ることができ、遭遇した水中の物体の形状を正しく感知しました。 研究者によると、ロボットはいつの日か、埋設されたケーブルの発見や埋設された爆弾の解除など、さまざまな地下作業を行う可能性があるという。
砂、砂利、その他の緩く詰まった粒子など、粒状の物質に埋もれた物体を特定することは、真新しい探求ではありません。 これまで、研究者は地中レーダーや超音波振動など、地中を上から感知する技術を使用してきました。 しかし、これらのテクニックは、水没したオブジェクトのぼやけたビューしか提供しません。 たとえば、岩と骨を区別するのに苦労するかもしれません。
「つまり、触覚が良く、感じているさまざまなものを区別できる指を作るというアイデアです」とアデルソンは言います。 「たとえば、埋没爆弾を見つけて無効にしようとしている場合に役立ちます。」 そのアイデアを実現するということは、多くのハードルをクリアすることを意味しました。
チームの最初の挑戦は形の問題でした：ロボットの指は細くて鋭い先端でなければなりませんでした。
以前の研究では、研究者は触覚を使用していました。 センサー ゲルサイトと呼ばれます。 センサーは、物体が押し付けられると変形する反射膜で覆われた透明なゲルで構成されていました。 膜の後ろには、3 色の LED ライトとカメラがありました。 カメラがメンブレンの反射パターンを収集している間、ライトはゲルを通してメンブレンに照らされました。 次に、コンピュータ ビジョン アルゴリズムが、柔らかい指がオブジェクトに触れた接触領域の XNUMXD 形状を抽出しました。 この仕掛けは、人工的な感触に優れていたが、かさばるのが不便だった。
Digger Finger の場合、研究者は主に 2 つの方法で GelSight センサーをスリム化しました。 まず、先端が斜めになった細長い円柱に形を変えました。 次に、青色 LED と色付きの蛍光塗料を組み合わせて、LED ライトの XNUMX 分の XNUMX を廃止しました。 「これにより、複雑さとスペースが大幅に節約されました」と Ouyang 氏は言います。 「こうやってコンパクトにまとめることができたのです」 最終製品は、指の先に似た約 XNUMX 平方センチメートルの触覚感知膜を備えたデバイスを特徴としていました。
研究者たちはサイズを整理したら、動きに注意を向け、ロボットアームに指を載せて、きめの細かい砂と粗いお米を掘った。 粒状のメディアは、多数の粒子が所定の位置に固定されると、詰まってしまう傾向があります。 そのため浸透しにくいのです。 そこで、チームは Digger Finger の機能に振動を加え、一連のテストにかけました。
「機械的な振動が、より深く掘り下げてジャムを乗り越えるのにどのように役立つかを知りたかったのです」とパテルは言います。 「振動モーターをさまざまな動作電圧で動作させました。これにより、振動の振幅と周波数が変化します。」 彼らは、急速な振動がメディアを「流動化」し、詰まりを取り除き、より深い穴を掘ることを可能にすることを発見した.この流動化効果は、米よりも砂の中で達成するのが難しい.
彼らはまた、米と砂の両方でさまざまなねじれ動作をテストしました。 時々、各種類の媒体の粒子が、ディガーフィンガーの触覚膜と、それが感知しようとしている埋没物との間に詰まっていました。 これが米で起こったとき、閉じ込められた穀物は物体の形を完全に覆い隠すのに十分な大きさでしたが、通常、小さなロボットの小刻みに動くことで閉塞を取り除くことができました。 閉じ込められた砂は取り除くのが困難でしたが、粒子のサイズが小さいため、ディガー フィンガーはターゲット オブジェクトの一般的な輪郭をまだ感知できました。
パテル氏によると、オペレーターは「メディアの種類と粒子のサイズと形状に応じて」さまざまな設定に合わせてディガー フィンガーのモーション パターンを調整する必要があります。 チームは、さまざまなメディアをナビゲートする Digger Finger の機能を最適化するために、新しい動きを探求し続けることを計画しています。
Adelsonは、Digger Fingerは、ロボットタッチを使用できるドメインを拡張するプログラムの一部であると述べています。 人間は、ズボンのポケットの鍵を釣り上げたり、手術中に腫瘍を感じたり、複雑な環境の中で指を使います。 「私たちが上手くなるにつれて、 人工の touch、私たちは、あらゆる種類の気が散る情報に囲まれている状況でそれを使用できるようにしたいと考えています」と Adelson 氏は言います。 「重要なものとそうでないものを区別できるようにしたい」