Uma escavadeira robótica detecta itens enterrados

Perdeu algo na praia? Um "Digger Finger" do MIT escava areia e cascalho para detectar um objeto enterrado.

Equipado com sensor tátil, o dispositivo esbelto, semelhante a um dedo, pode um dia ser montado em um braço robótico e usado para detectar cabos subterrâneos ou até explosivos.

A pesquisa da equipe do MIT será apresentada no próximo Simpósio Internacional de Robótica Experimental .

Para detectar vários objetos impressos em 3D em areia e arroz de grão grosso, a equipe do Laboratório de Ciência da Computação e Inteligência Artificial do MIT (CSAIL) reduziu seu sensor tátil existente chamado GelSight , construído em 2017.



O GelSight original (e mais volumoso) apresenta um gel transparente coberto com uma membrana refletiva que se deforma quando os objetos o pressionam (veja um exemplo da deformação no vídeo acima ). Três cores de luzes LED e uma câmera ficam atrás do sensor.

As luzes brilham através do gel e na membrana, enquanto a câmera coleta o padrão de reflexão da membrana. Os algoritmos de visão computacional extraem a forma 3D da área de contato onde o dedo macio toca o objeto.

Para reduzir o tamanho do sensor GelSight para se adequar ao robótico Digger Finger, a equipe do MIT começou com um novo design:os pesquisadores tornaram a estrutura mais cilíndrica e com uma ponta chanfrada.

Em seguida, os engenheiros substituíram dois terços das luzes LED por uma combinação de LEDs azuis e tinta fluorescente colorida. O resultado final:um dispositivo do tamanho da ponta de um dedo com uma membrana sensível ao toque de cerca de 2 centímetros quadrados.

A equipe usou vibrações mecânicas para ajudar a "fluidizar" o arroz e a areia para que o Digger pudesse cavar sem que nenhum material granulado entupisse o maquinário.

“Queríamos ver como as vibrações mecânicas ajudam a cavar mais fundo e a superar congestionamentos”, disse Radhen Patel, pós-doutorando no Laboratório de Ciência da Computação e Inteligência Artificial (CSAIL) do MIT . “Nós rodamos o motor vibratório em diferentes tensões operacionais, o que altera a amplitude e a frequência das vibrações.”

A areia presa era mais difícil de limpar do que o arroz, de acordo com os inventores, embora o tamanho pequeno dos grãos significasse que o Digger Finger ainda podia sentir os contornos gerais do objeto alvo.

Patel diz que os operadores terão que ajustar o padrão de movimento do Digger Finger para diferentes configurações “dependendo do tipo de mídia e do tamanho e formato dos grãos”.

Em uma breve sessão de perguntas e respostas abaixo, Patel conta aos Tech Briefs como sua equipe planeja otimizar a capacidade do Digger Finger de navegar em várias mídias.

Resumos técnicos :Um dedo robótico pode ter uma sensação de toque semelhante à humana?

Radhen Patel :O sentido do tato humano é altamente dimensional. Consiste em vários tipos de modalidades de sensoriamento, operando em diferentes velocidades e resoluções. Surpreendentemente, apenas um conjunto deles é realmente utilizado para um determinado conjunto de tarefas. Nós não usamos todos eles o tempo todo. Portanto, há muitas informações distrativas à disposição que precisam ser processadas para uma tarefa específica.

Os dedos do robô também detectam constantemente informações estranhas por meio de seu sentido de toque - por exemplo, ao alcançar ou colocar objetos em espaços desordenados. No que diz respeito a encontrar objetos enterrados, a "informação de distração" é naturalmente a sensação das partículas granulares de mídia nas pontas dos dedos em que os objetos estão enterrados.

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Resumos técnicos :Do ponto de vista da tecnologia, como o Digger Finger "conhece" um objeto alvo de, digamos, uma pedra ou um pedaço de arroz?

Radhen Patel :Treinamos um modelo de aprendizado profundo (rede neural convolucional) nos dados da imagem [uma imagem RGB de uma câmera dentro do Digger Finger] para identificar ou classificar os objetos alvo entre aglomerados de arroz e areia.

Resumos técnicos :Como esse design é especialmente diferente das alternativas robóticas anteriores de busca e resgate robóticos?

Radhen Patel :Os componentes essenciais do Digger Finger incluem uma câmera, um sistema de iluminação (LEDs e tinta fluorescente), um espelho, uma membrana de gel transparente de um lado e com tinta refletiva do outro e um núcleo de cunha cilíndrico transparente feito de acrílico que contém todos os componentes acima.

Vemos nosso projeto atual do Digger Finger como um complemento para os robôs de busca e resgate existentes que permitirão que seus apêndices entrem em espaços apertados e percebam o contato com uma resolução fina.

Resumos técnicos :Qual é o próximo? No que você vai trabalhar com este Digger Finger?

Radhen Patel :Há muito trabalho que ainda precisa ser feito. Do lado do design, queremos tornar o Digger Finger mais robusto contra as abrasões resultantes do processo de escavação, especialmente na membrana do gel. Também gostaríamos de projetar uma garra com vários dedos de escavador como apêndices táteis e explorar várias estratégias de exploração tátil para melhor identificar e manipular objetos enterrados.

Resumos técnicos :Qual aplicativo é mais interessante para você quando pensa em como o Digger Finger pode ser usado?

Radhen Patel :Encontramos a identificação e discernimento de contatos em espaços desordenados como a aplicação mais interessante. Isso inclui desarmar explosivos enterrados no subsolo ou pegar e colocar objetos em espaços desordenados, como sacolas de supermercado.

Outros pesquisadores do estudo incluíram o estudante de doutorado do CSAIL, Branden Romero, o estudante de doutorado da Universidade de Harvard, Nancy Ouyang, e Edward Adelson, o professor John e Dorothy Wilson de Ciências da Visão no CSAIL e no Departamento de Cérebro e Ciências Cognitivas.

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