MIT Revela 'Dedo Escavador' Robótico que Detecta Objetos Enterrados com Sensores Táteis

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

Equipado com sensoriamento tátil, o dispositivo esguio, semelhante a um dedo, poderia um dia ser montado em um braço robótico e usado para localizar 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 grãos grossos, a equipe do Laboratório de Ciência da Computação e Inteligência Artificial (CSAIL) do MIT reduziu seu sensor tátil existente chamado GelSight , construído em 2017.

O GelSight original (e mais volumoso) apresenta um gel transparente coberto com uma membrana reflexiva que deforma quando objetos pressionam contra ele (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. Algoritmos de visão computacional então extraem a forma 3D da área de contato onde o dedo macio toca o objeto.

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

Então, 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 do dedo com uma membrana de sensoriamento tátil de cerca de 2 centímetros quadrados.

A equipe usou vibrações mecânicas para ajudar a "fluidificar" o arroz e a areia para que o Escavador pudesse cavar sem que o material granular entupisse a maquinaria.

"Queríamos ver como vibrações mecânicas ajudam a cavar mais fundo e passar por engarrafamentos", disse Radhen Patel, pós-doutorando no Laboratório de Ciência da Computação e Inteligência Artificial (CSAIL) do MIT . "Rodamos o motor vibratório em diferentes tensões de operação, o que muda a amplitude e frequência das vibrações."

Areia presa foi mais difícil de limpar que arroz, segundo os inventores, embora o pequeno tamanho dos grãos significasse que o Dedo Escavador ainda podia sentir os contornos gerais do objeto alvo.

Patel diz que operadores terão que ajustar o padrão de movimento do Dedo Escavador para diferentes configurações "dependendo do tipo de mídia e do tamanho e forma dos grãos."

Em uma breve entrevista abaixo, Patel conta ao Tech Briefs como sua equipe planeja otimizar a capacidade do Dedo Escavador de navegar em várias mídias.

Tech Briefs: Um dedo robótico pode ter um sentido de tato humano?

Radhen Patel: O sentido de 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 dado conjunto de tarefas. Não usamos todos eles o tempo todo. Então há muita informação distraída à disposição que precisa ser processada para uma tarefa particular.

Dedos robóticos também constantemente sentem informação extranha via seu sentido de tato — por exemplo, ao alcançar ou colocar objetos em espaços desordenados. Em relação a encontrar objetos enterrados, a "informação distraída" é naturalmente a sensação das partículas de mídia granular nas pontas dos dedos em que os objetos estão enterrados.

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Tech Briefs: Do ponto de vista tecnológico, como o Dedo Escavador "sabe" um objeto alvo de, digamos, uma pedra, ou um aglomerado de arroz?

Radhen Patel: Treinamos um modelo de deep learning (rede neural convolucional) nos dados de imagem [uma imagem RGB de uma câmera dentro do Dedo Escavador] para identificar ou classificar os objetos alvo entre aglomerados de arroz e areia.

Tech Briefs: Como este design é especialmente diferente de alternativas robóticas de busca e resgate anteriores?

Radhen Patel: Os componentes essenciais do Dedo Escavador incluem uma câmera, um sistema de iluminação (LEDs e tinta fluorescente), um espelho, uma membrana de gel que é transparente de um lado e tem tinta reflexiva do outro, e um núcleo de cunha cilíndrica transparente feito de acrílico que mantém todos os componentes acima.

Vemos nosso design atual do Dedo Escavador como um complemento para robôs de busca e resgate existentes que permitirá que seus apêndices entrem em espaços apertados e percebam contato em alta resolução.

Tech Briefs: O que vem a seguir? No que você estará trabalhando com este Dedo Escavador?

Radhen Patel: Há muito trabalho que ainda precisa ser feito. No lado do design, queremos tornar o Dedo Escavador mais robusto contra abrasões resultantes do processo de escavação, especialmente na membrana de gel. Também gostaríamos de projetar uma garra com múltiplos Dedos Escavadores como apêndices táteis e explorar várias estratégias de exploração tátil para melhor identificar e manipular objetos enterrados.

Tech Briefs: Qual aplicação é mais empolgante para você, quando pensa em como o Dedo Escavador poderia ser usado?

Radhen Patel: Achamos identificar e discernir contatos em espaços desordenados a aplicação mais empolgante. Isso inclui desarmar explosivos enterrados ou pegar e colocar objetos em espaços desordenados como sacolas de supermercado.

Pesquisadores adicionais no estudo incluíram o doutorando do CSAIL Branden Romero, a doutoranda de Harvard Nancy Ouyang, e Edward Adelson, Professor John e Dorothy Wilson de Ciência da Visão no CSAIL e no Departamento de Ciências Cerebrais e Cognitivas.

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