Yıllar geçtikçe robotlar, açıkta oldukları sürece nesneleri tanımlama konusunda oldukça başarılı oldular. Kum gibi granüler malzemedeki gömülü öğelerin ayırt edilmesi daha zorlu bir iştir. Bunu yapabilmek için bir robotun kuma nüfuz edecek kadar ince, kum taneleri sıkıştığında serbest kalacak kadar hareketli ve gömülü nesnenin ayrıntılı şeklini hissedecek kadar hassas parmaklara ihtiyacı vardı.
MIT araştırmacıları şimdi gömülü nesneleri tanımlama zorluğunu karşılamak için dokunsal algılama ile donatılmış keskin uçlu bir robot parmak tasarladılar. Deneylerde, uygun bir şekilde adlandırılan Kazıcı Parmak, kum ve pirinç gibi granüler ortamları kazmayı başardı ve karşılaştığı su altındaki nesnelerin şekillerini doğru bir şekilde algıladı. Araştırmacılar, robotun bir gün gömülü kabloları bulmak veya gömülü bombaları etkisiz hale getirmek gibi çeşitli yer altı görevlerini yerine getirebileceğini söylüyor.
Kum, çakıl ve diğer gevşek paketlenmiş parçacıklar gibi tanecikli malzemeye gömülü nesneleri tanımlamaya çalışmak yepyeni bir arayış değil. Daha önce araştırmacılar, Zemine Nüfuz Eden Radar veya ultrasonik titreşimler gibi yeraltını yukarıdan algılayan teknolojiler kullanıyordu. Ancak bu teknikler, batık nesnelerin yalnızca puslu bir görüntüsünü sağlar. Örneğin kayayı kemikten ayırmakta zorluk yaşayabilirler.
Adelson, "Yani fikir, iyi bir dokunma duyusuna sahip olan ve hissettiği çeşitli şeyleri ayırt edebilen bir parmak yapmaktır" diyor. "Örneğin gömülü bombaları bulup etkisiz hale getirmeye çalışıyorsanız bu yararlı olabilir." Bu fikri gerçeğe dönüştürmek, birçok engeli ortadan kaldırmak anlamına geliyordu.
Takımın karşılaştığı ilk zorluk bir biçim meselesiydi: Robotik parmağın ince ve keskin uçlu olması gerekiyordu.
Daha önceki çalışmalarda araştırmacılar dokunsal bir cihaz kullanmışlardı. algılayıcı GelSight adı verildi. Sensör, nesneler üzerine basıldığında deforme olan, yansıtıcı bir zarla kaplı şeffaf bir jelden oluşuyordu. Membranın arkasında üç renkli LED ışık ve bir kamera vardı. Kamera, zarın yansıma modelini toplarken, ışıklar jelin içinden geçerek zarın üzerine parlıyordu. Bilgisayarlı görme algoritmaları daha sonra yumuşak parmağın nesneye dokunduğu temas alanının 3 boyutlu şeklini çıkardı. Mekanizma mükemmel bir yapay dokunma hissi sağlıyordu ama rahatsız edici derecede hantaldı.
Digger Finger için araştırmacılar GelSight sensörlerini iki ana yolla zayıflattılar. İlk olarak şekli, ucu eğimli ince bir silindir olacak şekilde değiştirdiler. Daha sonra, mavi LED'ler ve renkli floresan boya kombinasyonunu kullanarak LED ışıkların üçte ikisini kaldırdılar. Ouyang, "Bu, çok fazla karmaşıklık ve alan tasarrufu sağladı" diyor. "Bu şekilde onu bu kadar kompakt bir forma sokmayı başardık." Nihai ürün, parmağın ucuna benzer şekilde yaklaşık 2 santimetre karelik dokunsal algılama membranına sahip bir cihazdan oluşuyordu.
Boyutlar belirlendikten sonra araştırmacılar dikkatlerini harekete çevirdiler, parmağı bir robot koluna yerleştirdiler ve ince taneli kum ve kaba taneli pirinci kazdılar. Granül ortam, çok sayıda parçacık yerinde kilitlendiğinde sıkışma eğilimi gösterir. Bu da nüfuz etmeyi zorlaştırıyor. Ekip, Digger Finger'ın yeteneklerine titreşimi de ekledi ve onu bir dizi testten geçirdi.
Patel, "Mekanik titreşimlerin daha derine inmeye ve sıkışmaları gidermeye nasıl yardımcı olduğunu görmek istedik" diyor. "Titreşimli motoru farklı çalışma voltajlarında çalıştırdık, bu da titreşimlerin genliğini ve frekansını değiştirdi." Hızlı titreşimlerin ortamı "akışkanlaştırmaya" yardımcı olduğunu, sıkışmaları giderdiğini ve daha derin kazmaya izin verdiğini buldular; bu akışkanlaştırma etkisinin kumda elde edilmesi pirinçten daha zordu.
Ayrıca hem pirinçte hem de kumda çeşitli bükülme hareketlerini de test ettiler. Bazen, her tür medyanın tanecikleri, Digger-Finger'ın dokunsal zarı ile hissetmeye çalıştığı gömülü nesne arasında sıkışıp kalıyordu. Bu durum pirinçte meydana geldiğinde, sıkışan taneler nesnenin şeklini tamamen gizleyecek kadar büyüktü, ancak tıkanıklık genellikle robotik küçük bir kıpırdama ile giderilebiliyordu. Sıkışmış kumu temizlemek daha zordu, ancak tanelerin küçük boyutu, Kazıcı Parmağın hedef nesnenin genel hatlarını hâlâ algılayabildiği anlamına geliyordu.
Patel, operatörlerin Kazıcı Parmak'ın hareket modelini "medya türüne ve taneciklerin boyutuna ve şekline bağlı olarak" farklı ayarlara göre ayarlamaları gerekeceğini söylüyor. Ekip, Digger Finger'ın çeşitli ortamlarda gezinme yeteneğini optimize etmek için yeni hareketler keşfetmeye devam etmeyi planlıyor.
Adelson, Digger Finger'ın robotik dokunuşun kullanılabileceği alanları genişleten bir programın parçası olduğunu söylüyor. İnsanlar parmaklarını karmaşık ortamlarda, ister pantolon cebinde bir anahtar ararken ister ameliyat sırasında tümörü yoklarken kullanırlar. “Biz daha iyi hale geldikçe yapay dokunduğunuzda, her türlü dikkat dağıtıcı bilgiyle çevrili olduğunuz durumlarda bunu kullanabilmek istiyoruz” diyor Adelson. "Önemli olan şeylerle olmayan şeyler arasında ayrım yapabilmek istiyoruz."