指尖传感器赋予机器人前所未有的灵活性

麻省理工学院(MIT)和东北大学(Northeastern University)的研究人员为一个机器人配备了一种新颖的触觉传感器，可以让它抓住一根自由悬挂在钩子上的USB线，并将其插入USB端口。

该传感器是一项名为GelSight的技术的改进，该技术由麻省理工学院视觉科学教授爱德华·阿德尔森(Edward Adelson)的实验室开发，首次描述于2009年。新的传感器不像原来的GelSight传感器那样灵敏，后者可以分辨微米级的细节。但是它更小——小到可以装在机器人的夹持器上——而且它的处理算法更快，所以它可以给机器人实时反馈。

当工业机器人所操作的物体事先被完美地定位时，它们能够达到惊人的精度。但根据东北大学计算机科学助理教授、该研究团队的机器人专家罗伯特·普拉特(Robert Platt)的说法，对于一个机器人来说，这种精细的操作是前所未有的。

普拉特说:“人们一直在尝试这样做很长一段时间，但他们没有成功，因为他们使用的传感器不够准确，没有足够的信息来定位他们所持物体的姿势。”

研究人员在本周的智能机器人与系统国际会议上展示了他们的研究结果。麻省理工学院的团队，包括Adelson;第一作者李睿，在读博士;硕士生袁文珍;机械工程系的高级研究科学家Mandayam Srinivasan设计并制造了传感器。普拉特在东北大学的团队开发了机器人控制器并进行了实验。

联觉

大多数触觉传感器使用机械测量来测量机械力，而GelSight使用光学和计算机视觉算法。

“我对联系感兴趣是因为我有孩子，”阿德尔森说。“我本以为会被他们如何使用视觉系统所吸引，但实际上我更着迷于他们如何使用手指。但由于我是一个视觉专家，如果你想观察进入手指的信号，最明智的做法是想办法把机械的触觉信号转换成视觉信号——因为如果它是一张图像，我知道该怎么处理它。”

GelSight传感器——包括原来的和新的机器人安装版本——由一块透明的合成橡胶板组成，一面涂有金属漆。这种橡胶能与任何物体贴合，金属涂层能平衡各种材料的反光特性，使精确的光学测量更加容易。

在新设备中，凝胶被安装在一个立方塑料外壳中，只有涂了油漆的脸暴露在外。与传感器面相邻的立方体的四面墙是半透明的，每一面都传导不同颜色的光——红、绿、蓝或白——由立方体另一端的发光二极管发出。当凝胶变形时，光线从金属漆上反弹，并被安装在二极管同一立方体面上的摄像机捕捉到。

根据不同颜色光的不同强度，阿德尔森团队开发的算法可以推断出传感器压在表面上的脊状或凹陷的三维结构。

虽然有几种测量人类触觉敏锐度的方法，其中一种是确定两个小凸起之间的距离需要多远，受试者才能通过触摸区分它们;答案通常是一毫米左右。通过这种方法，即使是低分辨率的机器人安装版本的GelSight传感器也比人类手指灵敏100倍左右。

即插即用

在普拉特的实验中，来自麻省理工学院的Rethink Robotics公司的Baxter机器人配备了一个双钳夹持器，其中一个夹持器的尖端装有GelSight传感器。通过传统的计算机视觉算法，机器人识别出了悬挂的USB插头，并试图抓住它。然后，它确定USB插头相对于其手柄的位置，从一个浮雕的USB符号。尽管在两个维度中，机器人抓住插头的位置各有3毫米的差异，但它仍然能够将插头插入USB端口，只允许大约一毫米的误差。

“作为机器人专家，我们一直在寻找新的传感器，”李补充道。“这是一个很有前途的原型。它可以被开发成一种实用的设备。”

麻省理工学院

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