Un système innovant de détection de forme et de contact améliore la sécurité des robots Continuum

Institut avancé des sciences et technologies du Japon, Ishikawa, Japon

Lorsqu'un humain touche le robot, celui-ci modifie son mouvement pour éviter une collision. (Image :Van Anh Ho de JAIST)

Dans la nature, de nombreux organismes, comme les poulpes avec leurs tentacules flexibles ou les éléphants avec leur trompe, font preuve d'une dextérité remarquable. Inspirés par ces structures naturelles, les chercheurs visent à développer des robots continus hautement flexibles offrant robustesse et sécurité. Idéalement, un robot continu se caractérise par de nombreux degrés de liberté (DOF) et un nombre d'articulations, plus que nécessaire pour la plupart des tâches. Ces caractéristiques leur permettent d'ajuster et de modifier leur forme de manière dynamique, leur permettant ainsi d'éviter les obstacles et les situations inattendues. Cependant, leurs mouvements complexes rendent difficile la caractérisation de leur forme et de leur mouvement.

Les techniques analytiques traditionnelles permettant d’obtenir des solutions aux problèmes cinématiques et dynamiques des robots continus reposent sur une modélisation complexe, ce qui augmente les coûts de calcul. Alternativement, des capteurs flexibles intégrés aux robots continus peuvent être utilisés pour suivre leur forme et leurs mouvements, mais cette méthode nécessite de nombreux capteurs à faible résolution, ce qui rend le système encombrant. Une solution plus prometteuse consiste à utiliser un seul module de détection à l’extrémité d’un robot continu. Cependant, les études précédentes dans ce sens se sont principalement concentrées sur la posture du robot et n’ont pas abordé la détection des contacts.

Pour combler cette lacune, une équipe de chercheurs japonais, dirigée par le professeur agrégé Van Anh Ho de l'Institut avancé des sciences et technologies du Japon (JAIST), a développé un nouveau système appelé ConTac. Ce système peut estimer la forme et le contact d'un bras robotique avec une peau douce.

Selon le Dr Ho, « le but ultime de ce système est d'être mis en œuvre dans un robot continu, mais dans cette étude, nous nous sommes concentrés sur la perception à l'aide d'un bras robotique articulé et d'une peau douce pour vérification. » L'équipe comprenait les doctorants Tuan Tai Nguyen et Quan Khanh Luu du JAIST, ainsi que le Dr Dinh Quang Nguyen de l'université VNU-UET de Hanoï.

Le système ConTac se compose d'une structure qui imite la flexion d'un robot continu, d'une peau douce avec des marqueurs, d'une caméra pour observer la déformation de la peau, de modèles pour la détection de la forme et du contact de la peau et d'un régime de contrôle sensible au contact. Ce système peut être appliqué à n'importe quelle unité ConTac ou à tout autre robot avec le même mécanisme et la même forme sans aucun étalonnage.

Une unité ConTac est un bras robot assemblé émulé par un continuum, doté d'une colonne vertébrale et d'une peau douce. Les chercheurs ont également développé pour ce système un contrôleur basé sur l’admission qui utilise des informations perceptuelles pour guider les mouvements du bras robotique. De plus, l'unité ConTac est rentable et peut être fabriquée à partir de matériaux conventionnels

Ce système innovant utilise deux modèles d'apprentissage en profondeur pour la reconstruction de forme et la détection de contact de la peau à continuum mou. Ces modèles ont été entièrement formés à l’aide d’images de simulation et ont ensuite été directement adaptés à de vrais robots sans réglage fin, économisant ainsi du temps et des ressources. La transférabilité du système a été testée sur deux unités ConTac différentes, qui ont fonctionné de manière similaire sans aucun ajustement supplémentaire.

Soulignant l'importance de cette étude, le Dr Ho a déclaré :"Le système ConTac est destiné à être utilisé dans une variété de systèmes robotiques sans nécessiter d'ajustements complexes. Les bras robotiques flexibles équipés de notre système sont idéaux pour les services agricoles et de santé intelligents où les robots doivent naviguer dans des environnements comportant de nombreux obstacles et interagir en toute sécurité avec les humains. Leur douceur et leur flexibilité combinées à leur capacité à détecter l'environnement les rendent parfaits pour interagir avec les plantes et les patients. "

Les principes de détection et de contrôle utilisés dans ce cadre pourraient conduire à de nouveaux capteurs tactiles pouvant être connectés à n’importe quel système robotique existant, offrant ainsi de nouveaux paradigmes de détection et de contrôle pour une interaction homme-robot sûre sans altérer la conception originale du robot. "Imaginez une société où chaque robot et chaque machine possède un sens du toucher. Cette transformation révolutionnerait les industries et la vie quotidienne", a déclaré le Dr Ho.

Pour plus d'informations, contactez Van Anh Ho à Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer Javascript pour le visualiser.; +81 761-51-1584.