หลายปีที่ผ่านมา หุ่นยนต์สามารถระบุวัตถุได้ค่อนข้างดี ตราบใดที่พวกมันอยู่ในที่โล่ง สิ่งของที่ฝังไว้อย่างชาญฉลาดด้วยวัสดุที่มีลักษณะเป็นเม็ดเล็กๆ เช่น ทราย ถือเป็นสิ่งที่สูงกว่า ในการทำเช่นนั้น หุ่นยนต์จะต้องใช้นิ้วที่เรียวพอที่จะเจาะทราย เคลื่อนที่ได้มากพอที่จะบิดตัวไปมาเมื่อเม็ดทรายติดขัด และมีความละเอียดอ่อนพอที่จะสัมผัสถึงรูปร่างที่ละเอียดของวัตถุที่ฝังอยู่
นักวิจัยของ MIT ได้ออกแบบนิ้วของหุ่นยนต์ปลายแหลมที่มีระบบสัมผัส เพื่อตอบสนองความท้าทายในการระบุวัตถุที่ถูกฝัง ในการทดลอง ชื่อ Digger Finger ที่เหมาะเจาะสามารถเจาะสื่อที่เป็นเม็ดๆ เช่น ทรายและข้าว และรับรู้รูปร่างของสิ่งของที่จมอยู่ใต้น้ำได้อย่างถูกต้อง นักวิจัยกล่าวว่า วันหนึ่งหุ่นยนต์อาจทำหน้าที่ต่างๆ ใต้ดิน เช่น การค้นหาสายเคเบิลที่ฝังอยู่ หรือการวางระเบิดที่ฝังไว้
การค้นหาเพื่อระบุวัตถุที่ฝังอยู่ในวัสดุที่เป็นเม็ดเล็ก เช่น ทราย กรวด และอนุภาคอื่นๆ ที่อัดแน่นแบบหลวมๆ ไม่ใช่ภารกิจใหม่เอี่ยม ก่อนหน้านี้ นักวิจัยได้ใช้เทคโนโลยีที่รับรู้ใต้ดินจากเบื้องบน เช่น เรดาร์เจาะพื้นหรือการสั่นสะเทือนด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง แต่เทคนิคเหล่านี้ให้ภาพมัวๆ ของวัตถุที่จมอยู่ใต้น้ำ พวกเขาอาจดิ้นรนเพื่อแยกหินออกจากกระดูกเช่น
“ดังนั้น แนวคิดก็คือการทำนิ้วที่มีสัมผัสที่ดี และสามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่างความรู้สึกต่างๆ ที่มันสัมผัสได้” อเดลสันกล่าว “นั่นจะเป็นประโยชน์หากคุณกำลังพยายามค้นหาและปิดการใช้งานระเบิดฝังอยู่ เป็นต้น” การทำให้ความคิดนั้นเป็นจริงหมายถึงการขจัดอุปสรรคมากมาย
ความท้าทายแรกของทีมคือเรื่องของรูปแบบ: นิ้วของหุ่นยนต์ต้องเรียวและปลายแหลม
ในการทำงานก่อนหน้านี้ นักวิจัยได้ใช้การสัมผัส เซ็นเซอร์ เรียกว่า เจลสายตา เซ็นเซอร์ประกอบด้วยเจลใสที่หุ้มด้วยเมมเบรนสะท้อนแสงซึ่งจะเสียรูปเมื่อวัตถุกดทับ ด้านหลังเมมเบรนมีไฟ LED สามสีและกล้องหนึ่งตัว แสงส่องผ่านเจลและบนเมมเบรน ขณะที่กล้องรวบรวมรูปแบบการสะท้อนของเมมเบรน จากนั้นอัลกอริธึมการมองเห็นของคอมพิวเตอร์จะดึงรูปร่าง 3 มิติของพื้นที่สัมผัสที่นิ้วนุ่มสัมผัสกับวัตถุ การคุมกำเนิดให้ความรู้สึกที่ยอดเยี่ยมในการสัมผัสเทียม แต่มันก็ไม่สะดวกเท่าไหร่
สำหรับ Digger Finger นักวิจัยได้ลดขนาดเซ็นเซอร์ GelSight ลงในสองวิธีหลัก ขั้นแรกพวกเขาเปลี่ยนรูปร่างให้เป็นทรงกระบอกเรียวพร้อมปลายเอียง ถัดไป พวกเขาทิ้งไฟ LED สองในสามโดยใช้ไฟ LED สีฟ้าและสีเรืองแสงผสมกัน “ นั่นช่วยประหยัดความซับซ้อนและพื้นที่ได้มาก” Ouyang กล่าว “นั่นคือวิธีที่เราสามารถทำให้มันมีขนาดกะทัดรัดได้” ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายนำเสนออุปกรณ์ที่มีเมมเบรนรับสัมผัสประมาณ 2 ตารางเซนติเมตร คล้ายกับปลายนิ้ว
เมื่อแยกขนาดออก นักวิจัยจึงหันความสนใจไปที่การเคลื่อนไหว ติดนิ้วบนแขนหุ่นยนต์ และขุดผ่านทรายละเอียดและข้าวเนื้อหยาบ วัสดุที่เป็นเม็ดเล็กมีแนวโน้มที่จะติดขัดเมื่ออนุภาคจำนวนมากถูกล็อคเข้าที่ นั่นทำให้ยากที่จะเจาะ ดังนั้น ทีมงานจึงเพิ่มการสั่นสะเทือนให้กับความสามารถของ Digger Finger และผ่านการทดสอบแบบแบตเตอรี
“เราต้องการดูว่าการสั่นของกลไกช่วยในการขุดลึกและผ่านการจราจรติดขัดได้อย่างไร” Patel กล่าว “เราใช้มอเตอร์สั่นด้วยแรงดันไฟฟ้าในการทำงานที่แตกต่างกัน ซึ่งจะเปลี่ยนแอมพลิจูดและความถี่ของการสั่นสะเทือน” พวกเขาพบว่าการสั่นสะเทือนอย่างรวดเร็วช่วย "ทำให้ไหล" สื่อ ขจัดปัญหากระดาษติด และช่วยให้สามารถขุดได้ลึกขึ้น โดยผลของการทำให้เป็นของเหลวนี้ทำได้ยากในทรายมากกว่าในข้าว
พวกเขายังทดสอบการบิดตัวต่างๆ ทั้งในข้าวและทราย บางครั้ง เม็ดของสื่อแต่ละประเภทอาจติดอยู่ระหว่างเมมเบรนสัมผัสของ Digger-Finger กับวัตถุฝังที่มันพยายามจะรับรู้ เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นกับข้าว เมล็ดธัญพืชที่ติดอยู่กับข้าวนั้นมีขนาดใหญ่พอที่จะบดบังรูปร่างของวัตถุได้อย่างสมบูรณ์ แม้ว่าโดยปกติแล้วการบดเคี้ยวจะขจัดออกได้โดยใช้หุ่นยนต์ขยับเล็กน้อย ทรายที่ติดอยู่นั้นเคลียร์ได้ยากขึ้น แม้ว่าขนาดเม็ดเล็ก ๆ ของเมล็ดพืชหมายความว่า Digger Finger ยังคงสัมผัสได้ถึงรูปทรงทั่วไปของวัตถุเป้าหมาย
Patel กล่าวว่าผู้ปฏิบัติงานจะต้องปรับรูปแบบการเคลื่อนไหวของ Digger Finger สำหรับการตั้งค่าต่างๆ “ขึ้นอยู่กับประเภทของสื่อและขนาดและรูปร่างของเมล็ดพืช” ทีมงานวางแผนที่จะสำรวจการเคลื่อนไหวใหม่ๆ ต่อไปเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพความสามารถของ Digger Finger ในการนำทางสื่อต่างๆ
Adelson กล่าวว่า Digger Finger เป็นส่วนหนึ่งของโปรแกรมที่ขยายโดเมนที่สามารถใช้การสัมผัสของหุ่นยนต์ได้ มนุษย์ใช้นิ้วของพวกเขาท่ามกลางสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน ไม่ว่าจะเป็นการตกปลาเพื่อหากุญแจในกระเป๋ากางเกง หรือสัมผัสถึงเนื้องอกในระหว่างการผ่าตัด “ เมื่อเราเก่งขึ้นที่ เทียม เราต้องการใช้งานในสถานการณ์ที่คุณถูกรายล้อมไปด้วยข้อมูลที่ทำให้เสียสมาธิทุกประเภท” อเดลสันกล่าว “ เราต้องการแยกความแตกต่างระหว่างสิ่งที่สำคัญกับสิ่งที่ไม่สำคัญ”