Roboty doteraz nevedeli, kde majú vlastné prsty. Tento nový systém im konečne dáva kontrolu
Roboty doteraz nevedeli presne, kde majú vlastné prsty, čo limitovalo ich jemné pohyby. Nový senzor to mení a umožňuje presnú manipuláciu, napríklad strihanie, klikanie myšou či hru na klavíri.
Robotické ruky dnes dokážu predmet uchopiť, no pri jemných pohyboch stále zlyhávajú. Problém nie je sila, ale orientácia. Robot totiž často nevie presne, kde sa jeho prsty nachádzajú. Kľúčový pojem sa volá propriocepcia. Ide o schopnosť vnímať vlastnú polohu a pohyb. Presne to je dôvod, prečo človek dokáže so zavretými očami trafiť tlačidlo alebo chytiť pohár bez pozerania.
Výskumníci z Zhejiang University, Hangzhou Dianzi University a Lishui University sa tento problém pokúsili vyriešiť inak než doteraz. Navrhli humanoidnú ruku s novým typom senzora, ktorý jej umožňuje sledovať polohu prstov v reálnom čase aj pri zložitých pohyboch.
Problém robotických rúk: nevedia presne, kde sú ich prsty
Doterajšie senzory mali jednoduchý problém. Vedeli sledovať pohyb prsta len v jednom smere. Keď sa prst ohýbal a zároveň hýbal do strany, systém sa v tom „stratil“. Pre robota to znamenalo že, nevedel presne, čo jeho prst robí.
Predstav si to ako navigáciu, ktorá ti ukazuje len smer dopredu, ale už nie do strán. Kým ideš rovno, všetko funguje. Stačí ale zložitejší pohyb a údaje prestanú dávať zmysel. Presne takto fungovali doterajšie robotické prsty.
Nový prístup rieši práve toto. Systém dokáže oddeliť pohyb dopredu a dozadu (pitch) od pohybu do strán (yaw). Pre robota to znamená, že namiesto zmiešaného signálu dostane presnú informáciu o tom, ako sa prst skutočne pohol.
Neprehliadni
Robotická ruka, ktorá sa už nehýbe naslepo. V prstoch má systém, ktorý sleduje každý pohyb
Navrhnutá robotická ruka má 18 aktívnych stupňov voľnosti a päť prstov s kombináciou tuhých a flexibilných častí. Každý prst obsahuje optický senzor zložený zo segmentovaných PMMA vlákien, RGB LED diódy a detektora farieb.
Princíp je jednoduchší, než to na prvý pohľad vyzerá. Keď sa prst ohne, svetlo prechádzajúce vláknom sa mení. Každá farba reaguje trochu inak, a práve z týchto zmien systém vypočíta presnú polohu prsta. Vďaka špeciálnemu usporiadaniu vlákien sa jednotlivé smery pohybu navzájom nemiešajú.
Robot sa pomýli len o pár stupňov. Pri prstoch je to veľký rozdiel
Pri testovaní dosiahol systém veľmi nízku chybu. Priemerná odchýlka bola približne ±2,13° pre pitch a ±2,34° pre yaw. To je pri pohyboch prstov vysoká presnosť.
Hodnoty RMSE sa pohybovali medzi 2,1 % a 3,2 % a stabilita sa potvrdila počas viac než 100 cyklov. Dôležitý detail je aj nízky crosstalk, teda „presakovanie“ signálu medzi smermi pohybu. Ten bol len na úrovni 3 až 4 %, čo znamená, že systém dokáže spoľahlivo rozlíšiť jednotlivé pohyby.
Robot už nepracuje naslepo: Neustále si „kontroluje“ vlastné prsty
Najväčšia zmena nie je len v tom, že robot vie zmerať polohu prstov. Dôležité je, čo s týmito informáciami robí. Ruka si ich priebežne kontroluje a okamžite podľa nich upravuje pohyb.
Predstav si to ako keď chytíš pohár. Neustále jemne upravuješ prsty, aj keď si to neuvedomuješ. Presne toto začína robiť aj robot. Už sa nespolieha len na vopred nastavený pohyb, ale reaguje na to, čo sa deje v reálnom čase.
A práve tu vzniká rozdiel medzi tým, keď robot niečo len uchopí, a keď s tým dokáže pracovať jemne a presne.
Skúsili veci, ktoré roboty doteraz nezvládali. Nožnice, myš aj klavír
Výskumníci ruku neotestovali len na jednoduchom uchopení. Dali jej úlohy, na ktorých roboty dlhodobo zlyhávajú. Strihanie nožnicami, klikanie myšou či stláčanie klávesov na klavíri.
Na prvý pohľad to pôsobí banálne. V skutočnosti ide o pohyby, pri ktorých musíš presne dávkovať silu a neustále kontrolovať polohu prstov. Ak pritlačíš viac, pokazíš to. Ak menej, úkon sa nepodarí.
A práve toto bol doteraz problém. Robot vedel vec chytiť, ale nevedel s ňou pracovať tak jemne, ako to robí človek.
Nejde o „hmat“, ale o vnútorný zmysel pohybu
Dôležité je, že zento systém nie je klasický hmat v zmysle dotyku alebo tlaku. Ide o vnímanie polohy a pohybu prstov, teda o robotickú verziu propriocepcie.
Práve tento „vnútorný zmysel“ je základom jemnej motoriky. Bez neho robot síce vie prst pohnúť, ale nevie presne kontrolovať jeho polohu. Lepšie vnímanie polohy prstov môže výrazne posunúť viacero oblastí. V priemysle ide najmä o presnú montáž. V servisných robotoch o manipuláciu s krehkými predmetmi. V protetike môže podobná technológia pomôcť vytvoriť prirodzenejšie ovládanie umelých končatín.
Zaujímavý je aj potenciál v zdravotníctve, napríklad pri rehabilitácii, kde je presné sledovanie pohybu kľúčové.
