Publicat pe: 8 mai 2025 / Actualizat pe: 9 mai 2025 – Autor: Konrad Wolfenstein
Robotică tactilă: Roboți cu simț tactil: Noua generație de la cercetările Vulcan și MIT privind recunoașterea haptică a obiectelor – Imagine: Xpert.Digital
Sistemul de recunoaștere a obiectelor de la MIT fără senzori speciali și robotul Vulcan de la Amazon
Percepția haptică pentru mașini: Stabilirea de noi standarde în recunoașterea obiectelor
În domeniul roboticii, dezvoltarea senzorilor tactili și a sistemelor de recunoaștere marchează un progres crucial, permițând mașinilor pentru prima dată nu doar să vadă mediul înconjurător, ci și să îl „simtă”. Această dezvoltare este exemplificată de noul robot Vulcan de la Amazon și de sistemul inovator de recunoaștere a obiectelor de la MIT. Ambele tehnologii extind semnificativ aplicațiile roboților și permit îndeplinirea unor sarcini care anterior puteau fi îndeplinite doar de oameni cu percepția lor haptică naturală.
Legat de asta:
Robotul Vulcan de la Amazon: O descoperire inovatoare în domeniul prinderii tactile a roboților
Funcționare și fundamente tehnologice
Robotul Vulcan, dezvoltat de Amazon, reprezintă un progres tehnologic semnificativ în domeniul inteligenței artificiale fizice. Amazon descrie dezvoltarea ca o „revoluție în robotică și inteligența artificială fizică”. Sistemul este format din două componente principale: „Stow” pentru depozitarea obiectelor și „Pick” pentru recuperarea acestora. Caracteristica sa remarcabilă este capacitatea de a percepe mediul înconjurător tactil.
Baza tehnologică a abilităților tactile ale robotului Vulcan constă în senzori speciali de forță-cuplu, în formă de puc de hochei, care permit robotului să „simtă” câtă forță poate aplica pentru a apuca un obiect fără a-l deteriora. Adam Parness, directorul departamentului de Robotică AI de la Amazon, subliniază unicitatea acestei abordări: „Vulcan nu este primul nostru robot care poate mișca obiecte. Dar, datorită simțului său tactil - capacitatea sa de a înțelege când și cum intră în contact cu un obiect - deschide noi posibilități pentru optimizarea fluxurilor de lucru și a facilităților.”.
Pentru a sorta obiectele pe rafturi, Vulcan folosește un instrument asemănător unei rigle atașate la o placă de îndreptat părul. Cu această „riglă”, el împinge alte obiecte deoparte pentru a face loc altora noi. Brațele de prindere își ajustează puterea de prindere în funcție de dimensiunea și forma articolului, în timp ce benzile transportoare integrate mută articolul în container. Pentru a recupera articolele, Vulcan folosește un dispozitiv de prindere cu ventuză în combinație cu un sistem de camere.
Domenii actuale de aplicare și performanță
Robotul Vulcan este testat în prezent în două centre logistice Amazon: în Winsen, lângă Hamburg (Germania), și în Spokane, Washington (SUA). În Washington, șase roboți Stow Vulcan sunt în funcțiune și au depozitat deja cu succes o jumătate de milion de articole. În Winsen, doi roboți Pick Vulcan funcționează și au procesat deja 50.000 de comenzi.
Capacitățile sistemului sunt remarcabile: Vulcan poate gestiona în prezent aproximativ 75% din milioanele de produse oferite de Amazon. Cel mai mic obiect pe care robotul îl poate manipula are aproximativ dimensiunea unui ruj sau a unui stick USB. Deosebit de impresionantă este capacitatea robotului de a identifica obiecte în timp real, deoarece ar fi „imposibil ca acesta să cunoască pe de rost toate detaliile articolelor”, așa cum explică Parness.
Planuri de viitor și integrare în lanțul logistic
Amazon intenționează să crească semnificativ numărul de roboți Vulcan în următorii ani. Anul acesta, se așteaptă ca numărul de roboți Vulcan din Winsen să crească la 60, iar în Washington la 50. Planul pe termen lung este de a implementa roboții în centre logistice din Europa și SUA.
Un aspect cheie al strategiei Amazon este coexistența oamenilor și a mașinilor. „Planul general” al companiei prevede că oamenii și mașinile lucrează unul lângă altul. Roboții sunt destinați în principal manipulării acelor produse de pe rafturi la care oamenii nu pot ajunge fără o scară sau care ar necesita aplecare excesivă. Se așteaptă ca acest lucru să ducă la o eficiență generală mai mare, reducând în același timp volumul de muncă pentru angajații umani.
Sistemul de detectare a obiectelor de la MIT prin manipulare: „Detecție” inteligentă fără senzori speciali
Abordare inovatoare a recunoașterii obiectelor
În paralel cu Vulcanul de la Amazon, cercetătorii de la MIT, Amazon Robotics și Universitatea din British Columbia au dezvoltat un sistem care adoptă o abordare diferită pentru a oferi roboților abilități haptice. Această tehnologie permite roboților să recunoască proprietățile unui obiect, cum ar fi greutatea, moliciunea sau conținutul, pur și simplu prin ridicarea acestuia și agitarea ușoară a acestuia - la fel cum fac oamenii atunci când manipulează obiecte nefamiliare.
Ceea ce este special la această abordare este că nu sunt necesari senzori tactili speciali. În schimb, sistemul folosește codificatoarele articulare deja prezente în majoritatea roboților - senzori care detectează poziția de rotație și viteza articulațiilor în timpul mișcării. Peter Yichen Chen, postdoctorand la MIT și autor principal al lucrării de cercetare, explică viziunea din spatele proiectului: „Visul meu ar fi să trimit roboți în lume, astfel încât să poată atinge și mișca lucruri și să descopere independent proprietățile a tot ceea ce interacționează.”.
Funcționalitate tehnică și modele de simulare
Nucleul sistemului MIT constă din două modele de simulare: unul care simulează robotul și mișcările sale și unul care reproduce dinamica obiectului. Chao Liu, un alt postdoctorand MIT, subliniază importanța acestor gemeni digitali: „O replică digitală exactă a lumii reale este cu adevărat importantă pentru succesul metodei noastre.”.
Sistemul folosește o tehnică numită „simulare diferențiabilă”, care permite algoritmului să prezică modul în care mici modificări ale proprietăților unui obiect, cum ar fi masa sau moliciunea, vor afecta poziția finală a articulațiilor robotului. Odată ce simularea se potrivește cu mișcările reale ale robotului, sistemul a identificat proprietățile corecte ale obiectului.
Un avantaj cheie al acestei metode este eficiența sa: algoritmul poate efectua calculele în câteva secunde și necesită doar o traiectorie de mișcare reală a robotului pentru a funcționa. Acest lucru face ca sistemul să fie deosebit de rentabil și practic pentru aplicațiile din lumea reală.
Potențialul de aplicare și beneficiile
Tehnologia dezvoltată ar putea fi utilă în special în aplicații în care camerele sunt mai puțin eficiente, cum ar fi sortarea obiectelor într-un subsol întunecat sau curățarea molozului dintr-o clădire parțial prăbușită după un cutremur.
Întrucât algoritmul nu necesită un set mare de date pentru antrenament, spre deosebire de unele metode care se bazează pe viziunea computerizată sau senzori externi, este mai puțin predispus la erori atunci când se confruntă cu medii necunoscute sau obiecte noi. Acest lucru face ca sistemul să fie deosebit de robust și versatil.
Peisajul mai larg de cercetare privind senzorii tactili în robotică
Provocări fundamentale și soluții actuale
Dezvoltarea roboților cu simț tactil prezintă cercetătorilor provocări fundamentale. În timp ce sistemul tactil uman este extrem de complex și nuanțat, sistemele artificiale trebuie să reproducă acest lucru folosind mijloace tehnologice. Ken Goldberg, robotician la Universitatea din California, Berkeley, subliniază complexitatea acestei sarcini: „Simțul tactil uman este incredibil de nuanțat și complex, cu o gamă dinamică vastă. Deși roboții fac progrese rapide, aș fi surprins să văd senzori tactili la nivel uman în următorii cinci până la zece ani.”.
În ciuda acestor provocări, se înregistrează progrese semnificative în cercetare. De exemplu, Fraunhofer IFF dezvoltă sisteme de senzori tactili care permit prinderea reactivă, imitând mâna umană, și sunt ideale pentru manipularea obiectelor fragile sau flexibile. Datele senzorilor sunt utilizate pentru adaptarea dispozitivului de prindere, recunoașterea componentelor și a poziției și monitorizarea proceselor.
Proiecte de cercetare inovatoare în domeniul roboticii tactile
Pe lângă dezvoltările realizate de Amazon și MIT, există și alte proiecte de cercetare semnificative în domeniul senzorilor robotici tactili:
Institutul Max Planck pentru Sisteme Inteligente a dezvoltat un senzor haptic numit Insight, care detectează atingerea cu o sensibilitate ridicată. Georg Martius, șeful unui grup de cercetare din cadrul institutului, subliniază performanța senzorului: „Senzorul nostru demonstrează performanțe remarcabile datorită designului mecanic inovator al carcasei sale, sistemului de imagistică personalizat din interior, achiziției automate de date și metodelor de învățare profundă de ultimă generație.” Senzorul este atât de sensibil încât își poate detecta chiar și propria orientare în raport cu gravitația.
Un alt proiect interesant este DensePhysNet, un sistem care efectuează activ o secvență de interacțiuni dinamice (de exemplu, alunecare și coliziune) și utilizează un model predictiv profund pe baza observațiilor sale vizuale pentru a învăța reprezentări dense, pe pixeli, care reflectă proprietățile fizice ale obiectelor observate. Experimentele realizate atât în simulare, cât și în medii reale arată că reprezentările învățate conțin informații fizice bogate și pot fi utilizate direct pentru a decodifica proprietățile obiectelor fizice, cum ar fi frecarea și masa.
Legat de asta:
Perspective de viitor pentru sistemele robotice tactile
Integrarea sistemelor de senzori multimodali
Viitorul roboticii tactile constă în integrarea diferitelor modalități senzoriale. Cercetătorii de la MIT lucrează deja la predarea inteligenței artificiale pentru a combina simțuri precum văzul și atingerea. Prin înțelegerea modului în care interacționează aceste diferite modalități senzoriale, roboții pot dezvolta o înțelegere mai holistică a mediului lor.
Echipa MIT plănuiește deja să combine metoda lor de detectare a obiectelor cu viziunea computerizată pentru a crea un sistem de senzori multimodali și mai puternic. „Această lucrare nu încearcă să înlocuiască viziunea computerizată. Ambele metode au avantajele și dezavantajele lor. Dar aici am demonstrat că putem deja descoperi unele dintre aceste proprietăți chiar și fără o cameră”, explică Chen.
Domenii de aplicare extinse și dezvoltări viitoare
Cercetătorii echipei MIT doresc, de asemenea, să exploreze aplicații cu sisteme robotice mai complexe, cum ar fi roboții moi, și obiecte mai complexe, inclusiv lichide care stropesc sau medii granulare precum nisipul. Pe termen lung, ei speră să utilizeze această tehnică pentru a îmbunătăți învățarea roboților, permițând viitorilor roboți să dezvolte rapid noi abilități de manipulare și să se adapteze la schimbările din mediul lor.
Amazon intenționează să dezvolte și să implementeze în continuare tehnologia Vulcan la o scară mai mare în următorii ani. Integrarea Vulcan cu flota existentă a companiei, formată din 750.000 de roboți mobili, sugerează un concept cuprinzător de automatizare care ar putea transforma fundamental industria logisticii.
Învățare tactilă: Când senzorii le oferă roboților simțul tactil
Dezvoltarea roboților cu simț tactil, exemplificată de Vulcan de la Amazon și de sistemul de recunoaștere a obiectelor de la MIT, marchează un punct de cotitură crucial în robotică. Aceste tehnologii permit roboților să preia sarcini care anterior erau exclusiv de domeniul oamenilor, deoarece necesită abilități motorii fine și înțelegere tactilă.
Diferitele abordări – concentrarea Amazon asupra senzorilor specializați și conceptul MIT de utilizare a senzorilor existenți pentru inferența haptică – demonstrează diversitatea direcțiilor de cercetare în acest domeniu. Ambele abordări au punctele lor forte și domeniile lor de aplicare specifice.
Odată cu integrarea tot mai mare a capacităților tactile în sistemele robotice, se deschid noi oportunități pentru automatizarea sarcinilor complexe în logistică, producție, asistență medicală și multe alte domenii. Capacitatea roboților nu doar de a vedea, ci și de a „simți” mediul înconjurător ne aduce cu un pas semnificativ mai aproape de un viitor în care roboții și oamenii pot colabora și mai strâns și mai intuitiv.
Legat de asta:
