机器人手指使用触觉感应来找到埋藏的物品

多年来，机器人在识别对象时已经擅长 - 只要他们在开放状态。像沙子一样的颗粒材料中的埋藏物品是更高的秩序。为此，机器人需要手指纤细，足以穿透沙子，足以在砂麦卡纸堵塞时自由蠕动，并且足够敏感以感受到埋地物体的详细形状。

麻省理工学院研究人员现在设计了一种锋利的机器人手指，配备触觉感应，以满足识别埋藏物体的挑战。在实验中，恰当地命名挖掘手指能够挖掘粒状介质，如沙米饭，它正确地感测了它遇到的浸没物品的形状。研究人员表示，机器人可能有一天履行各种地下职责，例如寻找埋藏的电缆或解除武装的炸弹。

寻求识别埋在颗粒材料 - 砂，砾石和其他类型的松散包装粒子的物体 - 不是全新的任务。此前，研究人员使用了从上面感测了地下的技术，例如地面穿透雷达或超声波振动。但这些技术只提供了淹没物体的朦胧视图。例如，他们可能会努力区分岩石从骨头。

“所以，这个想法是让手指具有良好的触感和可以区分它的各种东西，”麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）的愿景科学教授Edward Adelson说。“例如，如果你试图找到和禁用埋葬的炸弹，那就会有所帮助。”让这个想法成为现实意味着清除一些障碍。

该团队的第一个挑战是形式的问题：机器人手指不得不纤细而尖锐。

在现有工作中，研究人员使用了触觉传感器戈尔凯特。传感器由覆盖物覆盖的透明凝胶组成，其反射膜在压制它时变形。膜后面是LED灯和相机的三种颜色。灯光透过凝胶并进入膜，同时摄像机收集了膜的反射模式。计算机视觉算法然后提取了柔软的手指触摸物体的接触区域的3D形状。该矛盾提供了一种很好的人为触摸感，但它是不方便的笨重。

对于挖掘机的手指，研究人员以两种主要方式缩小了它们的凝胶传感器。首先，它们改变了具有倾斜尖端的细长圆筒。接下来，他们用蓝色LED和彩色荧光涂料的组合抛弃了三分之二的LED灯。“哈佛大学博士学生南希·欧阳共同研究员南希·欧阳表示，”这节省了很大的复杂性和空间。“这就是我们如何让它变成如此紧凑的形式。”

最终产品采用触觉传感膜为约2平方厘米的装置，类似于手指的尖端。

礼貌：马萨诸塞州理工大学（麻省理工学院）

大小分类，研究人员将注意力转向运动，将手指安装在机器人手臂上，并通过细粒砂和粗粒米饭挖掘。当众多颗粒被锁定到位时，粒状介质具有堵塞的趋势。这使得难以渗透。因此，团队将振动添加到挖掘机手指的功能，并通过电池进行测试。

“我们希望了解机械振动如何帮助挖掘更深入并通过果酱，”CARHEN PATEL，CSAIL的POSTDOC说。“我们在不同的工作电压下振动电动机，改变了振动的幅度和频率。”他们发现快速振动有助于“流化”介质，清除堵塞并允许更深的穴居 - 虽然这种流化效果比在水稻中难以实现。

他们还在米饭和沙子中测试了各种扭曲运动。有时，每种类型的介质谷物都会卡在挖掘机手指的触觉膜和它试图感觉的埋地物体之间。当发生这种情况时，捕获的晶粒足够大以完全遮挡物体的形状，尽管闭塞通常可以用一点机器人摆动清除。陷阱沙子更加难以清晰，尽管谷物的小尺寸意味着挖掘机手指仍然可以感知目标物体的一般轮廓。

Patel表示，根据介质的类型和谷物的尺寸和形状，运营商将不得不为不同的设置调整挖掘机手指的运动模式。“该团队计划继续探索新动作以优化挖掘手指导航各种媒体的能力。

Adelson表示挖掘机手指是延伸可以使用机器人触摸的域的程序的一部分。人类在复杂的环境中使用手指，无论是在手术过程中钓到裤子口袋或肿瘤的钥匙。“当我们在人工触摸时变得更好时，我们希望能够在您被各种分散注意力的信息包围时在情况下使用它，”阿德尔森说。“我们希望能够区分重要的东西和那些没有的东西。”

- 由Chris Vavra，Web Content Manager编辑，控制工程，CFE媒体和技术，cvavra@cfemedia.com.。