« Je vais te faire manger dans la paume de ma main » est une déclaration improbable que vous entendrez de la part d’un robot. Pourquoi? La plupart d’entre eux n’ont pas de paume.
Si vous avez suivi le champ protéiforme, saisir et saisir davantage comme les humains a été un effort herculéen continu. Aujourd’hui, une nouvelle conception de main robotique développée au Laboratoire d’informatique et d’intelligence artificielle (CSAIL) du MIT a repensé la paume souvent négligée. La nouvelle conception utilise des capteurs avancés pour un toucher très sensible, aidant l’« extrémité » à manipuler les objets avec une précision plus détaillée et délicate.
GelPalm possède un capteur flexible à base de gel intégré dans la paume, s’inspirant de la nature douce et déformable des mains humaines. Le capteur utilise une technologie d’éclairage couleur spéciale qui utilise des LED rouges, vertes et bleues pour éclairer un objet et une caméra pour capturer les reflets. Ce mélange génère des modèles de surface 3D détaillés pour des interactions robotiques précises.
Et que serait la paume sans ses doigts facilitateurs ? L’équipe a également développé des phalanges robotiques, appelées ROMEO (« RObotic Modular Endoskeleton Optical », avec des matériaux flexibles et une technologie de détection similaire à celle de la paume. Les doigts ont ce qu’on appelle une « conformité passive », c’est-à-dire lorsqu’un robot peut s’adapter naturellement aux forces. sans avoir besoin de moteurs ou de contrôle supplémentaire. Cela contribue à atteindre l’objectif plus large : augmenter la surface en contact avec les objets afin qu’ils puissent être entièrement enveloppés sous forme de structures monolithiques uniques via l’impression 3D, les conceptions de doigts constituent une production rentable. .
Au-delà d’une dextérité améliorée, GelPalm offre une interaction plus sûre avec les objets, ce qui est particulièrement pratique pour des applications potentielles telles que la collaboration homme-robot, les prothèses ou les mains robotiques avec une détection semblable à celle d’un humain pour des utilisations biomédicales.
De nombreuses conceptions robotiques précédentes se concentraient généralement sur l’amélioration de la dextérité des doigts. L’approche de Liu déplace l’objectif pour créer un effecteur final plus humain et plus polyvalent qui interagit plus naturellement avec les objets et effectue un plus large éventail de tâches.
« Nous nous inspirons des mains humaines, qui ont des os rigides entourés de tissus mous et souples », déclare Sandra Q. Liu SM ’20, PhD ’24, récemment diplômée du MIT, la conceptrice principale de GelPalm, qui a développé le système en tant qu’affilié CSAIL. et doctorant en génie mécanique. « En combinant des structures rigides avec des matériaux déformables et souples, nous pouvons mieux développer le même talent d’adaptation que nos mains habiles. Un avantage majeur est que nous n’avons pas besoin de moteurs ou de mécanismes supplémentaires pour actionner la déformation de la paume : la souplesse inhérente lui permet de se conformer automatiquement aux objets, tout comme nos paumes humaines le font avec dextérité.
Les chercheurs ont testé la conception de la paume. Liu a comparé les performances de détection tactile de deux systèmes d’éclairage différents – LED bleues et LED blanches – intégrés dans les doigts ROMEO. « Les deux ont donné des reconstructions tactiles 3D de haute qualité similaires lors de la pression d’objets sur les surfaces du gel », explique Liu.
Mais l’expérience cruciale, dit-elle, consistait à examiner dans quelle mesure les différentes configurations de paumes pouvaient envelopper et saisir les objets de manière stable. L’équipe a mis la main à la pâte, enduisant littéralement des formes en plastique de peinture et en les pressant contre quatre types de paumes : rigide, structurellement conforme, conforme au gel et leur conception à double conformité. « Visuellement, et en analysant les contacts de la surface peinte, il était clair que la conformité structurelle et matérielle de la paume offrait une adhérence nettement supérieure à celle des autres », explique Liu. « C’est une façon élégante de maximiser le rôle de la paume dans la réalisation de prises stables. »
Une limitation notable est le défi d’intégrer suffisamment de technologie sensorielle dans la paume sans la rendre volumineuse ou trop complexe. Selon l’équipe, l’utilisation de capteurs tactiles basés sur des caméras pose des problèmes de taille et de flexibilité, car la technologie actuelle ne permet pas facilement une couverture étendue sans compromis en matière de conception et de fonctionnalité. Pour résoudre ce problème, il pourrait s’agir de développer des matériaux plus flexibles pour les miroirs et d’améliorer l’intégration des capteurs afin de maintenir la fonctionnalité, sans compromettre la facilité d’utilisation pratique.
« La paume est presque complètement négligée dans le développement de la plupart des mains robotiques », explique Matei Ciocarlie, professeur agrégé à l’Université de Columbia, qui n’a pas participé à l’article. « Ce travail est remarquable car il introduit une paume utile et spécialement conçue qui combine deux fonctionnalités clés, l’articulation et la détection, alors que la plupart des paumes de robots manquent de l’une ou l’autre. La paume humaine est à la fois subtilement articulée et très sensible, et ce travail constitue une innovation pertinente dans ce sens.
« J’espère que nous nous dirigerons vers des mains robotiques plus avancées combinant des éléments souples et rigides avec une sensibilité tactile, idéalement d’ici cinq à dix ans. Il s’agit d’un domaine complexe sans consensus clair sur la meilleure conception de main, ce qui rend ce travail particulièrement passionnant », explique Liu. « En développant GelPalm et les doigts ROMEO, je me suis concentré sur la modularité et la transférabilité pour encourager une large gamme de conceptions. Rendre cette technologie peu coûteuse et facile à fabriquer permet à davantage de personnes d’innover et d’explorer. En tant que laboratoire et personne dans ce vaste domaine, mon rêve est que le partage de ces connaissances puisse susciter des avancées et inspirer d’autres.
Ted Adelson, professeur John et Dorothy Wilson de sciences de la vision au Département des sciences du cerveau et des sciences cognitives et membre du CSAIL, est l’auteur principal d’un papier décrivant le travail. La recherche a été soutenue en partie par le Toyota Research Institute, Amazon Science Hub et le projet SINTEF BIFROST. Liu a présenté ses recherches lors de la Conférence internationale sur la robotique et l’automatisation (ICRA) au début du mois.
