Onderzoekers geven robot gevoel van aanraking

Amerikaanse wetenschappers hebben robots door middel van een bestaande technologie een gevoel van aanraking gegeven. Dit zorgt ervoor dat ze objecten beter kunnen inschatten en oppakken.

Acht jaar geleden bedachten onderzoekers van MIT een sensortechnologie genaamd GelSight. Deze technologie gebruikt fysiek contact met een object om zo zijn oppervlak in kaart te brengen. Door de GelSight sensoren te monteren op de grijpers van robotarmen, hebben de onderzoekers robots een betere gevoeligheid en behendigheid gegeven. Het traceert objecten met point cloud op basis van visie en tast. Het onderzoek werd in twee delen gepresenteerd.

Kleinere objecten

In het ene deel gebruiken de onderzoekers de data van de GelSight sensor om de robot in staat te stellen de hardheid van de oppervlaktes die het aanraakt te beoordelen – een cruciale eigenschap als huishoudrobots met dagelijkse objecten in aanraking komen. In het andere deel worden de sensoren gebruikt om de robot kleinere objecten te laten manipuleren dan voorheen mogelijk was.

Volgens de onderzoekers is de GelSight sensor in sommige opzichten een simpele oplossing voor een ingewikkeld probleem. Het bestaat uit een blok van transparant rubber – de gel van GelSight – waarvan een deel is gecoat met metaalverf. Als de geverfde kant tegen een object drukt, vormt het zich naar het object.
De metaalverf maakt het oppervlak van het object reflectief, waardoor zijn geometrie makkelijker door computeralgoritmes af te leiden is. Op de sensor tegenover de gecoate kant van het rubberen blok zitten drie gekleurde lichten en een camera. “Het systeem heeft gekleurde lichten gericht op verschillende hoeken en het reflecterende materiaal. Door te kijken naar de kleuren kan de computer de 3D-vorm van het object bepalen.”

Algoritmes

Voor een autonome robot is het ‘voelen’ van de zachtheid of hardheid van een object essentieel om te bepalen waar en hoe het het object moet pakken maar ook hoe het object zich gedraagt als het wordt verplaatst, opgestapeld of op verschillende oppervlaktes wordt geplaatst. Normaal gesproken doet het dat aan de hand van een computervisiesysteem. Zulke systemen bieden zeer betrouwbare informatie over de locatie van een object – totdat de robot het object oppakt. Met name als het object klein is, zal een groot deel ervan ingesloten worden door de grijper van de robot, waardoor het bepalen van een locatie moeilijker wordt. Daardoor wordt de schatting van de robot onbetrouwbaar, juist op het moment waarop de het de locatie van het object precies zou moeten weten. Dit vormde ook een probleem toen het MIT-team de robot een boormachine liet oppakken en aanzetten; dat duurde twee tot drie minuten. “Het zou dus veel beter zijn als we een real-time accurate schatting zouden hebben van waar de boor was en waar onze handen waren ten opzichte van de boor.”

Daarom heeft het team controle-algoritmes ontwikkeld die een computervisiesysteem gebruiken om de grijper van de robot te begeleiden bij de benadering van een tool en daarna de locatie-bepaling doorgeeft aan een GelSight sensor als de robot de tool eenmaal in zijn hand heeft. Over het algemeen is de uitdaging bij een benadering als deze dat de data geproduceerd door het visiesyteem verbonden moet worden met de data geproduceerd door een tastsensor. Maar GelSight heeft een eigen camera, dus haar output is makkelijker te integreren met visuele data dan de data van andere tastsensoren.

Schroevendraaier

In een deel van het experiment moest een robot die voorzien was van een GelSight-grijper een kleine schroevendraaier pakken, het uit een holster halen en het weer terug zetten. De data van de GelSight-sensor beschrijft niet de hele schroevendraaier, slechts een klein deel ervan. Maar de onderzoekers ontdekten dat zolang het visiesysteem de oorspronkelijke positie van de schroevendraaier bepaalde binnen een marge van een paar centimeters, zijn algoritmes konden afleiden welk deel van de schroevendraaier de GelSensor aanraakte. Op die manier kon de positie van de schroevendraaier in de robot’s hand bepaald worden.

“Ik denk dat de GelSight technologie, net als andere tactiele sensoren een grote impact gaan hebben op de robotica”, zo stelt een professor van de Universiteit van Californie. “Bij menen is gevoel voor aanraking een van de sleutelfactoren voor onze fantastische manuele behendigheid. Het op de tast vinden van de lichtschakelaar in het donker, iets uit je zak halen of andere dingen die wij doen zonder er over na te denken, zijn allemaal afhankelijk van ons gevoel van aanraking. Bestaande robots missen dit type behendigheid en zijn gelimiteerd in hun eigenschap om te reageren op eigenschappen van het oppervlak in de omgang met objecten. Maar nu maakt de software een inhaalslag ten opzichte van sensoren en is er meer mogelijk.”

Door: Kelly Bakker
Bron: MIT