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【欧亿平台注册网址】​麻省理工学院的研究人员现在设计了一种尖端带有触觉感应的机器人手指

多年来,机器人已经非常擅长识别物体——只要它们在户外。

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识别像沙子这样的颗粒状物质埋藏的物品是一个更高的任务。要做到这一点,机器人需要足够纤细的手指能够穿透沙子;足够灵活的手指能够在沙粒堵塞时蠕动出来;足够敏感的手指能够感知被埋物体的详细形状。

麻省理工学院的研究人员现在设计了一种尖端带有触觉感应的机器人手指,以应对识别埋藏物体的挑战。在实验中,这款名为“挖掘者手指”(Digger Finger)的机器能够挖掘诸如沙子和大米之类的颗粒状介质,并且能够正确地感知到所遇到的水下物体的形状。研究人员表示,机器人有一天可能会执行各种地下任务,比如发现埋在地下的电缆或拆除埋在地下的炸弹。

这项研究将在下一次国际实验机器人研讨会上发表。这项研究的主要作者是Radhen Patel,麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室(CSAIL)的博士后。合著者包括CSAIL的博士生Branden Romero,哈佛大学的博士生Nancy Ouyang,以及CSAIL的视觉科学John and Dorothy Wilson教授和大脑与认知科学系的Edward Adelson。

寻找埋藏在粒状物质中的物体——沙子、碎石和其他松散的颗粒——并不是一个全新的探索。此前,研究人员使用了从上面感知地下的技术,如探地雷达或超声波振动。但这些技术只能提供水下物体的模糊视图。例如,他们可能很难区分岩石和骨头。

阿德尔森说:“所以,我们的想法是让手指具有良好的触觉,能够区分它所感受到的各种不同的东西,比如,如果你试图找到并拆除埋在地下的危险物,这将很有帮助。”让这个想法成为现实意味着要扫除一些障碍。

该团队的第一个挑战是形式问题:机器人的手指必须细长且尖端尖锐。

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在之前的工作中,研究人员使用了一种名为GelSight的触觉传感器。该传感器由一层透明的凝胶组成,上面覆盖着一层反射膜,当物体压在上面时,反射膜会变形。薄膜后面是三种颜色的LED灯和一个摄像头。光线通过凝胶照射到薄膜上,而相机则收集薄膜的反射模式。然后,计算机视觉算法提取出柔软手指触摸物体的接触区域的三维形状。这个装置具有极好的人工触觉,但体积太大,不方便使用。

对于“Digger Finger”,研究人员主要通过两种方式缩小了他们的GelSight传感器。首先,他们把形状改成了一个有斜角的细长圆柱体。接下来,他们放弃了三分之二的LED灯,使用了蓝色LED和彩色荧光涂料的组合。欧阳说:“这节省了很多复杂性和空间,这就是我们能够把它变成如此紧凑的形式的原因。”最终产品的触感膜约为2平方厘米,类似于指尖。

在确定了尺寸之后,研究人员将注意力转向运动,将手指安装在机器人手臂上,在细粒沙子和粗粒大米中挖掘。当大量的颗粒被锁在适当的位置时,粒状介质有堵塞的倾向。这使得它很难穿透。因此,该团队增加了“挖掘手指”的振动功能,并对其进行了一系列测试。

帕特尔说:“我们想看看机械振动是如何帮助挖掘更深并克服堵塞的,我们在不同的工作电压下运行振动电机,这会改变振动的振幅和频率。”他们发现,快速的振动有助于“流化”介质,清除堵塞,并允许更深的挖洞——尽管这种流化效果在沙子中比在大米中更难实现。

他们还测试了大米和沙子的各种扭转运动。有时,每一种媒介的颗粒都会卡在Digger-Finger的触感膜和它试图感知的被埋物体之间。当这种情况发生在大米上时,被捕获的颗粒大到足以完全掩盖物体的形状,尽管通常可以通过机器人的微小摆动来清除遮挡。被困的沙子更难清理,尽管沙粒的小尺寸意味着挖掘者手指仍然可以感知目标物体的大致轮廓。

Patel说,操作人员必须根据“介质类型、颗粒大小和形状”的不同设置来调整Digger Finger的运动模式。该团队计划继续探索新的动作,以优化Digger Finger在各种媒体中的导航能力。

阿德尔森说,Digger Finger是一个扩展机器人触摸领域的项目的一部分。人类在复杂的环境中使用手指,无论是在裤子口袋里找钥匙,还是在手术中摸肿瘤。阿德尔森说:“随着人工触摸技术的进步,我们希望能够在被各种分散注意力的信息包围的情况下使用它,我们希望能够区分重要的东西和不重要的东西。”

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