La technologie utilise la détection tactile pour identifier les objets souterrains et pourrait un jour aider à désarmer les mines terrestres ou à inspecter les câbles.
Au fil des ans, les robots ont plutôt bien à identifier les objets – tant qu’ils sont à l’air libre.
Le discernement des objets enfouis dans un matériau granulaire comme le sable est un plus grand défi. Pour ce faire, un robot aurait besoin de doigts suffisamment minces pour pénétrer dans le sable, suffisamment mobiles pour se tortiller librement lorsque les grains de sable se bloquent et suffisamment sensibles pour sentir la forme détaillée de l’objet enterré.
Les chercheurs du MIT ont développé un robot «Digger Finger» qui creuse à travers des matériaux granulaires, comme le sable et le gravier, et détecte les formes des objets enfouis. Illustration par les chercheurs / MIT
Les chercheurs du MIT ont maintenant conçu un doigt de robot à pointe acérée équipé d’une détection tactile pour relever le défi de l’identification des objets enfouis. Lors d’expériences, le bien nommé Digger Finger a pu creuser dans des milieux granulaires tels que le sable et le riz, et il a correctement détecté les formes des objets submergés qu’il a rencontrés. Les chercheurs disent que le robot pourrait un jour effectuer diverses tâches souterraines, telles que trouver des câbles enterrés ou désarmer des bombes enterrées.
La recherche sera présentée lors du prochain Symposium international sur la robotique expérimentale. L’auteur principal de l’étude est Radhen Patel, post-doctorant au Laboratoire d’informatique et d’intelligence artificielle du MIT (CSAIL). Les co-auteurs incluent Branden Romero, étudiant au doctorat au CSAIL, Nancy Ouyang, étudiante au doctorat à l’Université Harvard, et Edward Adelson, professeur John et Dorothy Wilson de sciences de la vision au CSAIL et au Département des sciences du cerveau et des sciences cognitives.
Chercher à identifier des objets enfouis dans un matériau granulaire – sable, gravier et autres types de particules lâchement tassées – n’est pas une toute nouvelle quête. Auparavant, les chercheurs ont utilisé des technologies qui détectent les souterrains d’en haut, comme le radar pénétrant dans le sol ou les vibrations ultrasoniques. Mais ces techniques ne fournissent qu’une vue floue des objets submergés. Ils pourraient avoir du mal à différencier la roche de l’os, par exemple.
«Donc, l’idée est de faire un doigt qui a un bon sens du toucher et qui peut distinguer les différentes choses qu’il ressent», dit Adelson. « Ce serait utile si vous essayez de trouver et de désactiver des bombes enfouies, par exemple. » Faire de cette idée une réalité signifiait franchir un certain nombre d’obstacles.
Le premier défi de l’équipe était une question de forme: le doigt robotique devait être fin et pointu.
Dans des travaux antérieurs, les chercheurs avaient utilisé un capteur tactile appelé GelSight. Le capteur était constitué d’un gel transparent recouvert d’une membrane réfléchissante qui se déformait lorsque des objets appuyaient contre lui. Derrière la membrane se trouvaient trois couleurs de lumières LED et une caméra. Les lumières brillaient à travers le gel et sur la membrane, tandis que la caméra captait le motif de réflexion de la membrane. Des algorithmes de vision par ordinateur ont ensuite extrait la forme 3D de la zone de contact où le doigt doux a touché l’objet. L’engin offrait une excellente sensation de toucher artificiel, mais il était peu pratique et encombrant.
Pour le Digger Finger, les chercheurs ont réduit leur capteur GelSight de deux manières principales. Tout d’abord, ils ont changé la forme pour devenir un cylindre mince avec une pointe biseautée. Ensuite, ils ont abandonné les deux tiers des lumières LED, en utilisant une combinaison de LED bleues et de peinture fluorescente colorée. «Cela a économisé beaucoup de complexité et d’espace», déclare Ouyang. «C’est ainsi que nous avons pu le mettre sous une forme aussi compacte.» Le produit final comportait un appareil dont la membrane de détection tactile mesurait environ 2 centimètres carrés, semblable au bout d’un doigt.
Une fois la taille réglée, les chercheurs se sont concentrés sur le mouvement, en montant le doigt sur un bras de robot et en creusant dans du sable fin et du riz à gros grains. Les supports granulaires ont tendance à se coincer lorsque de nombreuses particules se bloquent en place. Cela rend la pénétration difficile. Ainsi, l’équipe a ajouté des vibrations aux capacités du Digger Finger et l’a soumis à une batterie de tests.
«Nous voulions voir comment les vibrations mécaniques aident à creuser plus profondément et à surmonter les bourrages», explique Patel. «Nous avons fait fonctionner le moteur vibrant à différentes tensions de fonctionnement, ce qui modifie l’amplitude et la fréquence des vibrations.» Ils ont découvert que des vibrations rapides aidaient à «fluidifier» le support, à éliminer les bourrages et à creuser plus profondément – bien que cet effet fluidifiant soit plus difficile à obtenir dans le sable que dans le riz.
Ils ont également testé divers mouvements de torsion dans le riz et le sable. Parfois, des grains de chaque type de média se coinçaient entre la membrane tactile du Digger-Finger et l’objet enfoui qu’il essayait de détecter. Lorsque cela se produisait avec du riz, les grains piégés étaient suffisamment gros pour masquer complètement la forme de l’objet, bien que l’occlusion puisse généralement être effacée avec un petit mouvement robotique. Le sable piégé était plus difficile à nettoyer, bien que la petite taille des grains signifiait que le Digger Finger pouvait encore détecter les contours généraux de l’objet cible.
Patel dit que les opérateurs devront ajuster le modèle de mouvement du Digger Finger pour différents paramètres «en fonction du type de support et de la taille et de la forme des grains». L’équipe prévoit de continuer à explorer de nouveaux mouvements pour optimiser la capacité du Digger Finger à naviguer dans divers médias.
Adelson dit que Digger Finger fait partie d’un programme étendant les domaines dans lesquels le toucher robotique peut être utilisé. Les humains utilisent leurs doigts dans des environnements complexes, que ce soit à la recherche d’une clé dans la poche d’un pantalon ou à la recherche d’une tumeur pendant une intervention chirurgicale. «Au fur et à mesure que nous nous améliorons au toucher artificiel, nous voulons pouvoir l’utiliser dans des situations où vous êtes entouré de toutes sortes d’informations distrayantes», déclare Adelson. «Nous voulons être en mesure de faire la distinction entre ce qui est important et ce qui ne l’est pas.»
Écrit par Daniel Ackerman
La source: Massachusetts Institute of Technology
