Le MIT dévoile le « Doigt Fouisseur » robotique qui détecte les objets enterrés avec capteurs tactiles

Perdu quelque chose sur la plage ? Un « Doigt Fouisseur » (Digger Finger) du MIT creuse dans le sable et le gravier pour détecter un objet enterré.

Équipé de détection tactile, le dispositif mince, en forme de doigt, pourrait un jour être monté sur un bras robotique et utilisé pour repérer des câbles souterrains ou même des explosifs.

La recherche de l'équipe du MIT sera présentée au prochain Symposium international sur la robotique expérimentale .

Pour détecter divers objets imprimés en 3D dans du sable et du riz à gros grains, l'équipe du Laboratoire d'informatique et d'intelligence artificielle (CSAIL) du MIT a affiné leur capteur tactile existant appelé GelSight , construit en 2017.

Le GelSight original (et plus volumineux) comporte un gel transparent recouvert d'une membrane réfléchissante qui se déforme quand des objets pressent contre elle (voir un exemple de la déformation dans la vidéo ci-dessus). Trois couleurs de LED et une caméra se trouvent derrière le capteur.

Les lumières brillent à travers le gel et sur la membrane, pendant que la caméra collecte le motif de réflexion de la membrane. Des algorithmes de vision par ordinateur extraient alors la forme 3D de la zone de contact où le doigt souple touche l'objet.

Pour réduire la taille du capteur GelSight pour le Doigt Fouisseur robotique, l'équipe du MIT a commencé avec un nouveau design : les chercheurs ont rendu la structure plus cylindrique, avec une pointe biseautée.

Ensuite, les ingénieurs ont remplacé les deux tiers des LED par une combinaison de LED bleues et de peinture fluorescente colorée. Le résultat final : un dispositif de la taille d'un bout de doigt avec une membrane de détection tactile d'environ 2 centimètres carrés.

L'équipe a utilisé des vibrations mécaniques pour aider à « fluidifier » le riz et le sable afin que le Fouisseur puisse creuser sans que le matériel granuleux n'encombre la machinerie.

« Nous voulions voir comment les vibrations mécaniques aident à creuser plus profond et à traverser les bourrages », a dit Radhen Patel, postdoc au CSAIL du MIT . « Nous avons fait tourner le moteur vibrant à différentes tensions de fonctionnement, ce qui change l'amplitude et la fréquence des vibrations. »

Le sable piégé était plus difficile à nettoyer que le riz, selon les inventeurs, bien que la petite taille des grains permette au Doigt Fouisseur de sentir les contours généraux de l'objet cible.

Patel dit que les opérateurs devront ajuster le motif de mouvement du Doigt Fouisseur pour différents réglages « selon le type de milieu et la taille et la forme des grains ».

Dans une courte Q&R ci-dessous, Patel explique à Tech Briefs comment son équipe prévoit d'optimiser la capacité du Doigt Fouisseur à naviguer dans divers milieux.

Tech Briefs : Un doigt robotique peut-il avoir un sens du toucher humain ?

Radhen Patel : Le sens du toucher humain est hautement dimensionnel. Il consiste en plusieurs types de modalités de détection, opérant à différentes vitesses et résolutions. Étonnamment, seul un ensemble d'entre eux est réellement utilisé pour un ensemble donné de tâches. Nous n'en utilisons pas tous tout le temps. Il y a donc beaucoup d'informations distractives à disposition qui doivent être traitées pour une tâche particulière.

Les doigts robotiques, aussi, sentent constamment des informations superflues via leur sens du toucher — par exemple quand ils atteignent ou placent des objets dans des espaces encombrés. En ce qui concerne la recherche d'objets enterrés, « l'information distractive » est naturellement la sensation des particules de milieu granulaire sur les bouts de doigts dans lesquels les objets sont enterrés.

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Tech Briefs : D'un point de vue technologique, comment le Doigt Fouisseur « sait » qu'un objet cible est, disons, un rocher ou une touffe de riz ?

Radhen Patel : Nous avons entraîné un modèle d'apprentissage profond (réseau de neurones convolutif) sur les données d'image [une image RVB d'une caméra à l'intérieur du Doigt Fouisseur] pour identifier ou classer les objets cibles parmi les touffes de riz et de sable.

Tech Briefs : En quoi ce design est-il particulièrement différent des alternatives robotiques de recherche et sauvetage précédentes ?

Radhen Patel : Les composants essentiels du Doigt Fouisseur incluent une caméra, un système d'illumination (LED et peinture fluorescente), un miroir, une membrane de gel transparente d'un côté et avec une peinture réfléchissante de l'autre, et un noyau en coin cylindrique transparent en acrylique qui maintient tous les composants ci-dessus.

Nous voyons notre design actuel du Doigt Fouisseur comme un add-on aux robots de recherche et sauvetage existants qui permettra à leurs appendices d'entrer dans des espaces étroits et de percevoir le contact à une résolution fine.

Tech Briefs : Quelle est la suite ? Sur quoi allez-vous travailler avec ce Doigt Fouisseur ?

Radhen Patel : Il reste beaucoup de travail à faire. Côté design, nous voulons rendre le Doigt Fouisseur plus robuste contre les abrasions résultant du processus de creusage, surtout sur la membrane de gel. Nous aimerions aussi concevoir une pince avec plusieurs Doigts Fouisseurs comme appendices tactiles et explorer diverses stratégies d'exploration tactile pour mieux identifier et manipuler des objets enterrés.

Tech Briefs : Quelle application vous enthousiasme le plus, quand vous pensez à comment le Doigt Fouisseur pourrait être utilisé ?

Radhen Patel : Nous trouvons l'identification et la distinction de contacts dans des espaces encombrés comme l'application la plus excitante. Cela inclut le désamorçage d'explosifs enterrés sous terre ou la prise et le placement d'objets dans des espaces encombrés comme des sacs d'épicerie.

Des chercheurs supplémentaires dans l'étude incluaient l'étudiant en doctorat au CSAIL Branden Romero, l'étudiante en doctorat à l'Université Harvard Nancy Ouyang, et Edward Adelson, professeur de science de la vision John et Dorothy Wilson au CSAIL et au Département des sciences du cerveau et cognitives.

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