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Nov 13, 2023

Neue Roboterhand funktioniert nach Gefühl, nicht nach Sehen

Mit diesen einfachen Sensoren funktioniert ein Roboter allein durch Berührung und kann Objekte von einer Suppendose bis zu einer Gummiente manipulieren. Viele Roboter verfolgen Objekte bei der Arbeit mit ihnen „auf Sicht“, jedoch optisch

Mit diesen einfachen Sensoren kann ein Roboter allein durch Berührung funktionieren und Objekte von einer Suppendose bis zu einer Gummiente manipulieren

Viele Roboter verfolgen Objekte durch „Sehen“, während sie mit ihnen arbeiten, aber optische Sensoren können nicht die gesamte Form eines Objekts erfassen, wenn es im Dunkeln liegt oder teilweise nicht sichtbar ist. Jetzt ermöglicht eine neue, kostengünstige Technik einer Roboterhand, die Form eines unbekannten Objekts zu „fühlen“ – und es allein auf der Grundlage dieser Informationen geschickt zu handhaben.

Der Robotiker Xiaolong Wang und sein Team an der University of California in San Diego wollten herausfinden, ob komplexe Koordination in der Robotik nur mithilfe einfacher Berührungsdaten erreicht werden kann. Die Forscher brachten 16 Kontaktsensoren, die jeweils etwa 12 US-Dollar kosteten, an der Handfläche und den Fingern einer vierfingrigen Roboterhand an. Diese Sensoren zeigen einfach an, ob ein Gegenstand die Hand berührt oder nicht. „Während ein Sensor nicht viel erfasst, können viele davon dabei helfen, verschiedene Aspekte des Objekts zu erfassen“, sagt Wang. In diesem Fall bestand die Aufgabe des Roboters darin, die in seiner Handfläche platzierten Gegenstände zu drehen.

Die Forscher führten zunächst Simulationen durch, um eine große Menge an Berührungsdaten zu sammeln, während eine virtuelle Roboterhand rotierende Objekte, darunter Kugeln, unregelmäßige Quader und Zylinder, übte. Mithilfe binärer Kontaktinformationen („Berührung“ oder „keine Berührung“) von jedem Sensor erstellte das Team ein Computermodell, das die Position eines Objekts bei jedem Schritt des Handhabungsprozesses bestimmt und die Finger bewegt, um es sanft und stabil zu drehen.

Als nächstes übertrugen sie diese Fähigkeit auf die Bedienung einer echten Roboterhand, die erfolgreich zuvor unbekannte Objekte wie Äpfel, Tomaten, Suppendosen und Gummienten manipulierte. Die Übertragung des Computermodells auf die reale Welt war relativ einfach, da die binären Sensordaten so einfach waren; Das Modell basierte nicht auf genau simulierter Physik oder exakten Messungen. „Dies ist wichtig, da die Modellierung hochauflösender taktiler Sensoren in Simulationen immer noch ein offenes Problem ist“, sagt Lerrel Pinto von der New York University, der die Interaktionen von Robotern mit der realen Welt untersucht.

Wang und seine Kollegen untersuchten, was die Roboterhand wahrnimmt, und stellten fest, dass sie aus Berührungsdaten die Form des gesamten Objekts neu erstellen und so seine Aktionen beeinflussen kann. „Dies zeigt, dass durch die Berührung genügend Informationen vorliegen, die eine Rekonstruktion der Objektform ermöglichen“, sagt Wang. Er und sein Team werden ihre Arbeiten im Juli auf einer internationalen Konferenz mit dem Titel „Robotics: Science and Systems“ vorstellen.

Pinto fragt sich, ob das System bei komplexeren Aufgaben ins Wanken geraten würde. „Bei unseren Experimenten mit taktilen Sensoren“, sagt er, „haben wir herausgefunden, dass Aufgaben wie das Entstapeln von Tassen und das Öffnen eines Flaschenverschlusses deutlich schwieriger – und vielleicht nützlicher – waren als rotierende Objekte.“

Ziel von Wangs Gruppe ist es, in künftigen Arbeiten komplexere Bewegungen in Angriff zu nehmen und Sensoren beispielsweise an den Seiten der Finger anzubringen. Die Forscher werden auch versuchen, visuelle Elemente hinzuzufügen, um Berührungsdaten für die Handhabung komplizierter Formen zu ergänzen.

Dieser Artikel wurde ursprünglich mit dem Titel „Sight Unseen“ in Scientific American 329, 1, 12 (Juli 2023) veröffentlicht.

doi:10.1038/scientificamerican0723-12

Ananya ist ein freiberuflicher Journalist und Übersetzer mit Sitz in Indien. Sie befasst sich mit Technologie, Umwelt und Meereswissenschaften. Folgen Sie ihr auf Twitter @punarpuli

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