Η τεχνολογία θα μπορούσε να ενσωματωθεί σε χέρια και προσθετικά ρομπότ, παρέχοντας ευαισθησία στα άκρα των δακτύλων συγκρίσιμη με αυτή των ανθρώπων.

Τα ανθρώπινα δάχτυλα είναι απίστευτα ευαίσθητα. Μπορούν να επικοινωνήσουν λεπτομέρειες ενός αντικειμένου τόσο μικρού όσο περίπου το μισό πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας, να διακρίνουν ανεπαίσθητες διαφορές στην υφή της επιφάνειας και να εφαρμόσουν τη σωστή ποσότητα δύναμης για να πιάσουν ένα αυγό ή μια σακούλα 20 lb (9 kg) με τροφή για σκύλους χωρίς να γλιστρήσει.

Καθώς τα ηλεκτρονικά δέρματα αιχμής αρχίζουν να ενσωματώνουν όλο και περισσότερες βιομιμητικές λειτουργίες, η ανάγκη για δυναμικές αλληλεπιδράσεις που μοιάζουν με τον άνθρωπο, όπως η ολίσθηση, γίνεται πιο ουσιαστική. Ωστόσο, η αναπαραγωγή της ευαισθησίας του ανθρώπινου δακτύλου σε ένα ρομποτικό ισοδύναμο έχει αποδειχθεί δύσκολη παρά τις προόδους στη μαλακή ρομποτική.

Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ στο Ηνωμένο Βασίλειο έκαναν ένα σημαντικό βήμα, υιοθετώντας μια προσέγγιση που χρησιμοποιεί αισθητήρες αφής βασισμένους στην όραση σε συνδυασμό με τεχνητή νοημοσύνη για την ανίχνευση χαρακτηριστικών σε υψηλές αναλύσεις και ταχύτητες.

«Η απαλότητα των άκρων των ανθρώπινων δακτύλων είναι ένας από τους λόγους που μπορούμε να πιάνουμε τα πράγματα με τη σωστή πίεση», δήλωσε ο Parth Potdar, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. «Για τη ρομποτική, η απαλότητα είναι ένα χρήσιμο χαρακτηριστικό, αλλά χρειάζεστε επίσης πολλές πληροφορίες αισθητήρων και είναι δύσκολο να έχετε και τα δύο ταυτόχρονα, ειδικά όταν αντιμετωπίζετε εύκαμπτες ή παραμορφώσιμες επιφάνειες».

Οι ερευνητές έθεσαν στους εαυτούς τους ένα δύσκολο έργο: να αναπτύξουν έναν ρομποτικό αισθητήρα «δακτύλου» που μπορεί να διαβάζει το μπράιγ ολισθαίνοντας κατά μήκος του όπως το δάχτυλο ενός ανθρώπου. Είναι ένα ιδανικό τεστ. Ο αισθητήρας πρέπει να είναι πολύ ευαίσθητος επειδή οι κουκκίδες σε κάθε αντιπροσωπευτικό γράμμα είναι τοποθετημένες τόσο κοντά μεταξύ τους.

«Υπάρχουν ρομποτικοί αναγνώστες μπράιγ, αλλά διαβάζουν μόνο ένα γράμμα τη φορά, κάτι που δεν διαβάζουν οι άνθρωποι», δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Ντέιβιντ Χάρντμαν. «Οι υπάρχουσες ρομποτικές συσκευές ανάγνωσης μπράιγ λειτουργούν με στατικό τρόπο: αγγίζουν ένα μοτίβο γράμματος, το διαβάζουν, τραβούν από την επιφάνεια, μετακινούνται, χαμηλώνουν στο επόμενο μοτίβο γραμμάτων και ούτω καθεξής. Θέλουμε κάτι πιο ρεαλιστικό και πολύ πιο αποτελεσματικό».

Έτσι, οι ερευνητές δημιούργησαν έναν ρομποτικό αισθητήρα με μια κάμερα στο «άκρο του δακτύλου» του. Γνωρίζοντας ότι η ολισθαίνουσα δράση του αισθητήρα οδηγεί σε θόλωση κίνησης, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν έναν αλγόριθμο μηχανικής μάθησης εκπαιδευμένο σε ένα σύνολο πραγματικών στατικών εικόνων που είχαν θολώσει συνθετικά για να «αποθολώσουν» τις εικόνες. Μόλις αφαιρέθηκε το θάμπωμα κίνησης, ένα μοντέλο όρασης υπολογιστή εντόπισε και ταξινόμησε κάθε γράμμα.

“Αυτό είναι ένα σκληρό πρόβλημα για τους ρομποτικούς, καθώς χρειάζεται να γίνει πολλή επεξεργασία εικόνας για να αφαιρεθεί το θάμπωμα κίνησης, το οποίο είναι χρονοβόρο και ενεργοβόρο”, είπε ο Potdar.

Η ενσωμάτωση του εκπαιδευμένου αλγόριθμου μηχανικής μάθησης σήμαινε ότι ο ρομποτικός αισθητήρας μπορούσε να διαβάζει μπράιγ με 315 λέξεις το λεπτό με ακρίβεια 87,5%, διπλάσια ταχύτητα από έναν ανθρώπινο αναγνώστη και περίπου εξίσου ακριβής. Οι ερευνητές λένε ότι είναι πολύ πιο γρήγορο από την προηγούμενη έρευνα και η προσέγγιση μπορεί να κλιμακωθεί με περισσότερα δεδομένα και πιο σύνθετες αρχιτεκτονικές μοντέλων για να επιτύχει καλύτερη απόδοση σε ακόμη υψηλότερες ταχύτητες.

«Λαμβάνοντας υπόψη ότι χρησιμοποιήσαμε ψεύτικο θάμπωμα για να εκπαιδεύσουμε τον αλγόριθμο, ήταν εκπληκτικό το πόσο ακριβής ήταν στην ανάγνωση της γραφής μπράιγ», είπε ο Χάρντμαν. «Βρήκαμε έναν καλό συμβιβασμό μεταξύ ταχύτητας και ακρίβειας, όπως συμβαίνει και με τους ανθρώπους».

Παρόλο που ο αισθητήρας δεν σχεδιάστηκε για να είναι υποβοηθητική τεχνολογία, οι ερευνητές λένε ότι η ικανότητά του να διαβάζει μπράιγ γρήγορα και με ακρίβεια αποτελεί καλό οιωνό για την ανάπτυξη χεριών ρομπότ ή προσθετικών με ευαισθησία συγκρίσιμη με τα ανθρώπινα δάχτυλα. Ελπίζουν να κλιμακώσουν την τεχνολογία τους στο μέγεθος ενός χεριού ή δέρματος.

«Η ταχύτητα ανάγνωσης Braille είναι ένας πολύ καλός τρόπος για τη μέτρηση της δυναμικής απόδοσης των συστημάτων ανίχνευσης με αφή, επομένως τα ευρήματά μας θα μπορούσαν να εφαρμοστούν πέρα ​​από το braille, για εφαρμογές όπως η ανίχνευση υφής επιφάνειας ή ολίσθηση σε ρομποτικό χειρισμό», δήλωσε ο Potdar.

Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο περιοδικό IEEE Robotics and Automation Letters.

(photo: pixabay)