(AGENPARL) – Roma, 25 settembre 2022 – I ricercatori hanno creato un sistema che consente ai robot di utilizzare efficacemente gli strumenti impugnati con la giusta quantità di forza.
L’uso degli strumenti è stato a lungo un segno distintivo dell’intelligenza umana, nonché un problema pratico da risolvere per una vasta gamma di applicazioni robotiche. Ma le macchine sono ancora traballanti nell’esercitare la giusta quantità di forza per controllare gli strumenti che non sono rigidamente attaccati alle loro mani.
Per manipolare detti strumenti in modo più robusto, i ricercatori del Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) del MIT, in collaborazione con il Toyota Research Institute (TRI), hanno progettato un sistema in grado di cogliere gli strumenti e applicare la quantità di forza appropriata per un determinato compito , come stendere un liquido o scrivere una parola con una penna.
Il sistema, soprannominato Series Elastic End Effectors , o SEED, utilizza pinze a bolle morbide e telecamere integrate per mappare il modo in cui le pinze si deformano su uno spazio a sei dimensioni (pensa a un airbag che si gonfia e si sgonfia) e applica forza a uno strumento. Utilizzando sei gradi di libertà, l’oggetto può essere spostato a sinistra ea destra, in alto o in basso, avanti e indietro, rollio, beccheggio e imbardata. Il controller a circuito chiuso, un sistema di autoregolazione che mantiene lo stato desiderato senza l’interazione umana, utilizza SEED e feedback visuotattile per regolare la posizione del braccio del robot al fine di applicare la forza desiderata.
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Questo potrebbe essere utile, ad esempio, per qualcuno che usa strumenti quando c’è incertezza nell’altezza di un tavolo, poiché una traiettoria preprogrammata potrebbe mancare completamente il tavolo. “Ci siamo affidati molto al lavoro di Mason, Raibert e Craig su quello che chiamiamo un controller di posizione della forza ibrida”, afferma Hyung Ju Suh, uno studente di dottorato in ingegneria elettrica e informatica al MIT, affiliato CSAIL e capo autore di un nuovo articolo su SEED . “Questa è l’idea, che se hai effettivamente tre dimensioni in cui muoverti quando scrivi su una lavagna, vuoi essere in grado di controllare la posizione su alcuni assi, mentre controlli la forza sull’altro asse”.
I robot dal corpo rigido e le loro controparti possono solo portarci così lontano; morbidezza e compiacimento offrono il lusso e la capacità di deformarsi, di percepire l’interazione tra l’utensile e la mano.
Con SEED, ogni esecuzione rilevata dal robot è un’immagine 3D recente delle pinze, monitorando così in tempo reale come le pinze stanno cambiando forma attorno a un oggetto. Queste immagini vengono utilizzate per ricostruire la posizione dell’utensile e il robot utilizza un modello appreso per mappare la posizione dell’utensile sulla forza misurata. Il modello appreso è ottenuto utilizzando l’esperienza precedente del robot, in cui disturba un sensore di coppia di forza per capire quanto siano rigide le pinze a bolla. Ora, una volta che il robot ha percepito la forza, la confronterà con la forza che l’utente comanda, e forse dirà a se stesso, “si scopre che la forza che sto percependo in questo momento non è proprio lì. Ho bisogno di premere di più”. Si muoverebbe quindi nella direzione per aumentare la forza, il tutto nello spazio 6D.
Durante il “compito del tergipavimento”, a SEED è stata fornita la giusta quantità di forza per asciugare un po’ di liquido su un aereo, dove i metodi di base hanno lottato per ottenere la giusta spazzata. Quando gli è stato chiesto di mettere carta nella penna, il bot ha effettivamente scritto “MIT” ed è stato anche in grado di applicare la giusta quantità di forza per guidare una vite.
Sebbene SEED fosse consapevole del fatto che doveva comandare la forza o la coppia per un determinato compito, se afferrato troppo forte, l’oggetto sarebbe inevitabilmente scivolato, quindi c’è un limite superiore a quella durezza esercitata. Inoltre, se sei un robot rigido, puoi simulare sistemi più morbidi rispetto alla tua naturale rigidità meccanica, ma non viceversa.
Attualmente, il sistema assume una geometria molto specifica per gli utensili: deve essere cilindrica e ci sono ancora molte limitazioni su come può generalizzare quando incontra nuovi tipi di forme. Il prossimo lavoro potrebbe comportare la generalizzazione del framework a forme diverse in modo che possa gestire strumenti arbitrari in natura.
“Nessuno sarà sorpreso dal fatto che la conformità possa aiutare con gli strumenti o che il rilevamento della forza sia una buona idea; la domanda qui è dove dovrebbe andare la conformità sul robot e quanto dovrebbe essere morbida”, afferma il coautore dell’articolo Russ Tedrake, il professore Toyota di ingegneria elettrica e informatica, aeronautica e astronautica e ingegneria meccanica al MIT e preside ricercatore presso CSAIL. “Qui esploriamo la regolazione di una rigidità di sei gradi di libertà piuttosto morbida direttamente sull’interfaccia mano/strumento e mostriamo che ci sono alcuni bei vantaggi per farlo.”
Suh ha scritto il documento insieme a Naveen Kuppuswamy, ricercatore senior presso il Toyota Research Institute; Tao Pang, dottorando in ingegneria meccanica presso MIT e affiliato CSAIL; Paul Mitiguy e Alex Alspach del TRI; e Tedrake. Presenteranno il lavoro alla conferenza IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems in ottobre.
Il Toyota Research Institute ha fornito fondi per sostenere questo lavoro.
