Doigt robotique tactile révolutionnaire : localisation du toucher <1 mm sans zones aveugles

Des chercheurs ont développé un nouveau type de doigt robotique avec un sens du toucher. Le doigt peut localiser le toucher avec une très haute précision (<1 mm) sur une grande surface multi-courbée, tout comme son homologue humain.

Les méthodes actuelles pour construire des capteurs tactiles se sont avérées difficiles à intégrer dans les doigts de robot en raison de multiples défis : difficulté à couvrir des surfaces multi-courbées, nombre élevé de fils, ou difficulté à tenir dans de petits bouts de doigts, empêchant l'utilisation dans des mains dextères. La nouvelle méthode utilise des signaux chevauchants d'émetteurs et récepteurs de lumière intégrés dans une couche de guide d'ondes transparente couvrant les zones fonctionnelles du doigt.

En mesurant le transport de lumière entre chaque émetteur et récepteur, un ensemble de signaux très riche est obtenu qui change en réponse à la déformation du doigt due au toucher. Des méthodes d'apprentissage profond purement basées sur les données peuvent extraire des informations utiles des données, incluant la localisation du contact et la force normale appliquée, sans besoin de modèles analytiques. Le résultat est un doigt robotique entièrement intégré et sensorisé avec un faible nombre de fils, fabriqué par des méthodes de fabrication accessibles et conçu pour une intégration facile dans des mains dextères.

Deux innovations clés

Deux aspects de la technologie sous-jacente combinent pour permettre les nouveaux résultats. Premièrement, les chercheurs utilisent la lumière pour sentir le toucher. Sous la « peau », le doigt a une couche de silicone transparent dans laquelle ils font briller la lumière de plus de 30 LED. Le doigt a aussi plus de 30 photodiodes mesurant comment la lumière rebondit. Chaque fois que le doigt touche quelque chose, sa peau se déforme, donc la lumière se décale dans la couche transparente en dessous. En mesurant combien de lumière va de chaque LED à chaque diode, les chercheurs obtiennent près de 1 000 signaux contenant chacun une information sur le contact effectué. Comme la lumière peut aussi rebondir dans un espace courbé, ces signaux peuvent couvrir une forme 3D complexe comme un bout de doigt.

Deuxièmement, l'équipe a conçu ces données pour être traitées par des algorithmes d'apprentissage automatique. Comme il y a tant de signaux, tous se chevauchant partiellement, les données sont trop complexes pour être interprétées par les humains. Heureusement, les techniques actuelles d'apprentissage automatique peuvent apprendre à extraire l'information qui intéresse les chercheurs : où le doigt est touché, quoi touche le doigt, quelle force est appliquée, etc.

De plus, l'équipe a construit le doigt pour qu'il et d'autres puissent être mis sur des mains robotiques. L'intégration du système sur une main est facile : le doigt collecte presque 1 000 signaux mais n'a besoin que d'un câble à 14 fils le connectant à la main et n'a pas besoin d'électronique externe. Les chercheurs ont deux mains dextères (capables de saisir et manipuler des objets) en cours d'équipement avec ces doigts — l'une en a trois, l'autre quatre. L'équipe utilisera ces mains pour démontrer des capacités de manipulation dextre, basées sur des données tactiles et proprioceptives.

Regardez le doigt en action sur Tech Briefs TV ici. Pour plus d'informations, contactez Holly Evarts à cet email ; 212-854-3206.