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Un sensore ottico dona ai Robot una destrezza senza precedenti

Sensore ottico robot Sensore ottico robot Melanie Gonick/MIT
Un nuovissimo sensore ottico consente ai robots di avere una destrezza senza precedenti: afferrare un cavo USB e inserirlo in una porta USB.
Tempo fa avevamo già parlato di sensibilità tattile per le protesi artificiali e oggi, grazie ai ricercatori del MIT e della Northeastern University, che dotando un robot di un nuovissimo sensore tattile sono riusciti a fargli prendere un cavo USB, a posizionarlo liberamente su un gancio e ad inserirlo in una porta USB.

Questo nuovo sensore è un adattamento di una tecnologia chiamata GelSight, sviluppata nel laboratorio di Edward Adelson, e descritta per la prima volta nel 2009. Il nuovo sensore è abbastanza piccolo da stare sulla pinza di un robot e il suo algoritmo di elaborazione è molto veloce, tanto da garantire al robot informazioni in tempo reale.

Secondo Robert Platt, per un robot riuscire a svolgere delle operazioni di precisione grazie a questo sensore, è un risultato senza precedenti, basti pensare che attualmente i robot industriali raggiungo una notevole precisione solo quando gli oggetti che devono manipolare sono perfettamente posizionati in anticipo. 

Platt dice anche che "Le persone hanno cercato di raggiungere questi traguardi per molto tempo, e non hanno avuto successo perché i sensori che stanno utilizzando non sono abbastanza precisi e non hanno abbastanza informazioni per localizzare la posa dell'oggetto che stanno tenendo."

I ricercatori hanno presentato i loro risultati alla Conferenza Internazionale sui Robot intelligenti; il team del MIT (Rui Li, Wenzhen Yuan, e Mandayam Srinivasanche) ha progettato e costruito il sensore, mentre  il team di Platt alla Northeastern, ha sviluppato il controllo robotico e ha condotto gli esperimenti.

GelSight sensor gives robots touch

Sinestesia

Considerando che la maggior parte dei sensori tattili utilizzano misure meccaniche per misurare le forze meccaniche, GelSight utilizza l'ottica e gli algoritmi di computer vision.

Il sensore GelSight, sia l'originale che la nuova versione montata sul robot, è costituito da una lastra trasparente, da gomma sintetica ed è rivestito di una vernice metallizzata. La gomma si adatta a qualsiasi oggetto con cui viene messa a contatto e la vernice metallizzata aumenta l'uniformità delle proprietà della luce (che riflette su materiali diversi) rendendo molto più facile fare misurazioni ottiche precise.

Nel nuovo dispositivo, il gel è montato in un alloggiamento cubico di plastica, dove le quattro pareti, adiacenti alla faccia del sensore, sono traslucide. Ogni parete filtra un colore diverso della luce generata dai diodi emettitori di luce e situati all'estremità opposta del cubo (rosso, verde, blu, o bianco). Quando il gel è deformato, la luce rimbalza sulla vernice metallizzata e viene catturato da una telecamera montata sulla stessa faccia del cubo.

A questo punto intervengono gli algoritmi sviluppati dal team di Adelson, in grado di dedurre la struttura tridimensionale delle creste o delle depressioni della superficie contro cui viene premuto il sensore.
Simulando anche una variazione di 3 millimetri, il robot è stato in grado di afferrare la spina e di misurare la sua posizione con sufficiente precisione tanto da riuscire ad inserirla nella porta USB (che tollera solo un errore di un millimetro).
Con tali algoritmi, il sensore risulta essere circa 100 volte più sensibile di un dito umano.

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