Pince robotique avec capteur tactile souple type peau pour manipulation de précision

Capteur tactile biomimétique pour préhension robotique

Une équipe de recherche a développé un capteur tactile souple aux caractéristiques comparables à la peau humaine. Une pince robotique avec le capteur monté au bout du doigt pouvait accomplir des tâches difficiles comme saisir stablement des objets fragiles et enfiler une aiguille.

Imitation de la détection de force de cisaillement de la peau

Une caractéristique principale de la peau humaine est sa capacité à sentir la force de cisaillement — la force qui fait glisser deux objets l'un sur l'autre au contact. En détectant l'amplitude, la direction et les changements subtils de force de cisaillement, la peau agit comme rétroaction permettant d'ajuster comment tenir un objet stablement ou avec quelle force le saisir.

Pour imiter cette caractéristique, le capteur tactile souple est intégré dans une structure multicouche comme la peau humaine et inclut un film flexible spécialement aimanté d'environ 0,5 mm d'épaisseur comme couche supérieure. Quand une force externe s'exerce, il détecte le changement de champ magnétique dû à la déformation du film. Plus important, il découple ou décompose automatiquement la force externe en deux composantes : force normale (perpendiculaire à l'objet) et force de cisaillement, fournissant une mesure précise de ces deux forces.

Super-résolution tactile par apprentissage profond

Le capteur possède une autre caractéristique type peau : la « super-résolution » tactile permettant de localiser la position du stimulus le plus précisément possible. Un algorithme efficace de super-résolution tactile utilise l'apprentissage profond pour obtenir une amélioration 60 fois de la précision de localisation du contact. Un tel algorithme peut améliorer la résolution physique d'un réseau de capteurs tactiles avec le minimum d'unités de détection, réduisant le nombre de câblages et le temps de transmission du signal.

Démonstrations et avantages

En montant le capteur au bout du doigt d'une pince robotique, l'équipe a montré que les robots peuvent accomplir des tâches difficiles. La pince saisissait stablement des objets fragiles comme un œuf pendant qu'une force externe tentait de l'arracher, et enfilait une aiguille par téléopération. Le capteur peut être facilement étendu en réseaux de capteurs ou même peau électronique continue couvrant tout le corps du robot.

La sensibilité et la plage de mesure peuvent être ajustées en changeant la direction d'aimantation de la couche supérieure (film magnétique) sans changer l'épaisseur du capteur. Cela permet à l'e-skin d'avoir différentes sensibilités et plages selon les parties, comme la peau humaine. De plus, le capteur a un processus de fabrication et d'étalonnage bien plus court que les autres capteurs tactiles.

Le capteur pourrait bénéficier aux applications robotiques : préhension adaptative, manipulation dextre, reconnaissance de textures, prothèses intelligentes, interaction homme-robot.