Hiện nay, nhiều loại bàn tay rô-bốt tích hợp tất cả các cảm biến mạnh mẽ vào các đầu ngón tay, do đó, một đối tượng phải tiếp xúc hoàn toàn với các đầu ngón tay đó để được xác định, có thể cần nhiều lần nắm. Một số thiết kế khác sử dụng các cảm biến có độ phân giải thấp hơn trải dọc theo toàn bộ ngón tay, nhưng những cảm biến này không thu được nhiều chi tiết, vì vậy cũng thường phải nắm lại nhiều lần.

Để khắc phục vấn đề trên, nhóm MIT đã chế tạo một ngón tay rô-bốt có khung xương cứng được bọc trong một lớp mềm bên ngoài có nhiều cảm biến độ phân giải cao được tích hợp dưới lớp “da” trong suốt của nó. Các cảm biến, sử dụng camera và đèn LED để thu thập thông tin trực quan về hình dạng của vật thể, cung cấp khả năng cảm nhận liên tục dọc theo toàn bộ chiều dài của ngón tay. Mỗi ngón tay thu thập dữ liệu phong phú trên nhiều phần của đối tượng cùng một lúc.

Sử dụng thiết kế này, các nhà nghiên cứu đã chế tạo một bàn tay rô-bốt ba ngón có thể xác định vật thể chỉ sau một lần nắm, với độ chính xác khoảng 85%. Khung cứng giúp các ngón tay đủ khỏe để nhấc một vật nặng, chẳng hạn như máy khoan, trong khi lớp da mềm giúp chúng nắm chắc một vật mềm dẻo, chẳng hạn như chai nước nhựa rỗng, mà không làm bẹp nó.

Những ngón tay mềm và cứng này có thể đặc biệt hữu ích trong một rô-bốt chăm sóc tại nhà được thiết kế để tương tác với một người lớn tuổi. Rô-bốt có thể nhấc một vật nặng ra khỏi kệ bằng chính bàn tay mà nó sử dụng để giúp người đó tắm.

Ngón tay rô-bốt bao gồm một bộ xương cứng được in 3D, được đặt trong khuôn và bọc trong một “lớp da” silicon trong suốt. Làm ngón tay trong khuôn sẽ loại bỏ sự cần thiết của ốc vít hoặc chất kết dính để giữ silicon đúng vị trí.

Các nhà nghiên cứu đã thiết kế khuôn có hình dạng cong để các ngón tay rô-bốt hơi cong khi nghỉ ngơi, giống như ngón tay của con người.

Silicon sẽ nhăn lại khi nó uốn cong, vì vậy nếu để ngón tay ở dạng cong tự nhiên, khi bạn uốn cong nó nhiều hơn để nắm bắt một vật thể, bạn sẽ không tạo ra nhiều nếp nhăn.

Bộ xương bên trong của mỗi ngón tay chứa một cặp cảm biến cảm ứng chi tiết, được gọi là cảm biến GelSight, được nhúng vào phần trên cùng và giữa, bên dưới lớp da trong suốt. Các cảm biến được đặt sao cho phạm vi của các camera chồng lên nhau một chút, giúp ngón tay cảm nhận liên tục dọc theo toàn bộ chiều dài của nó.

Cảm biến GelSight gồm một camera và ba đèn LED màu. Khi ngón tay nắm lấy một vật thể, camera sẽ chụp ảnh trong khi đèn LED màu chiếu sáng da từ bên trong.

Sử dụng các đường viền được chiếu sáng xuất hiện trên da mềm, một thuật toán thực hiện các phép tính ngược để lập bản đồ các đường viền trên bề mặt của đối tượng được nắm. Các nhà nghiên cứu đã đào tạo một mô hình học máy để xác định các đối tượng bằng cách sử dụng dữ liệu hình ảnh thô của máy ảnh.

Khi tinh chỉnh quy trình chế tạo ngón tay, các nhà nghiên cứu đã gặp phải một số trở ngại. Đáng chú ý nhất là silicon có xu hướng bong ra khỏi bề mặt theo thời gian, nhưng có thể hạn chế tình trạng bong tróc này bằng cách thêm các đường cong nhỏ dọc theo các bản lề giữa các khớp trong bộ xương bên trong. Khi ngón tay uốn cong, độ uốn của silicon được phân bố dọc theo các đường cong nhỏ, giúp giảm sức căng và ngăn ngừa bong tróc. Các nhà nghiên cứu cũng thêm các nếp gấp vào các khớp để silicon không bị bẹp nhiều khi ngón tay uốn cong.

Trong khi khắc phục sự cố thiết kế của mình, các nhà nghiên cứu nhận ra rằng các nếp nhăn trong silicon có tác dụng ngăn không cho da bị rách.

Sau khi hoàn thiện thiết kế, các nhà nghiên cứu đã chế tạo một bàn tay rô-bốt sử dụng hai ngón tay sắp xếp theo hình chữ Y với ngón thứ ba là ngón cái đối diện. Bàn tay chụp 6 hình ảnh khi nó nắm lấy một vật thể (hai hình ảnh từ mỗi ngón tay) và gửi những hình ảnh đó đến một thuật toán học máy sử dụng chúng làm đầu vào để xác định vật thể. Vì bàn tay có cảm biến xúc giác bao phủ tất cả các ngón tay nên nó có thể thu thập dữ liệu xúc giác phong phú chỉ bằng một lần nắm. Chi tiết tham khảo tại:

Sandra Q. Liu, Leonardo Zamora Yañez, Edward H. Adelson. GelSight EndoFlex: A Soft Endoskeleton Hand with Continuous High-Resolution Tactile Sensing. Submitted to arXiv, 2023 DOI: 10.48550/arXiv.2303.17935

(Sưu tầm)
VIỆN IMC
Tòa nhà IMC Tower, Số 176 Trường Chinh, Phường Khương
Thượng, Quận Đống Đa, Thành phố Hà Nội, Việt Nam
Tel/Fax : (+84) 24 3566 6232 / 24 3566 6234
Email: info@imc.org.vn   Website: https://imc.org.vn