El uso de herramientas ha sido durante mucho tiempo un sello distintivo de la inteligencia humana, así como un problema práctico a resolver para una amplia gama de aplicaciones robóticas. Pero las máquinas siguen siendo torpes a la hora de ejercer la cantidad justa de fuerza para controlar las herramientas que no están rígidamente unidas a sus manos.

Para manipular dichas herramientas de manera más robusta, investigadores del Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial (CSAIL) del MIT, en colaboración con el Instituto de Investigación de Toyota (TRI), han diseñado un sistema que puede agarrar herramientas y aplicar la cantidad de fuerza adecuada para una tarea determinada. , como escurrir líquido o escribir una palabra con un bolígrafo.

El sistema, denominado Efectores finales elásticos en serie, o SEED, utiliza pinzas de burbujas suaves y cámaras integradas para mapear cómo se deforman las pinzas en un espacio de seis dimensiones (piense en una bolsa de aire que se infla y desinfla) y aplica fuerza a una herramienta. Con seis grados de libertad, el objeto se puede mover hacia la izquierda y hacia la derecha, hacia arriba o hacia abajo, hacia adelante y hacia atrás, alabear, cabecear y girar. El controlador de circuito cerrado, un sistema de autorregulación que mantiene un estado deseado sin interacción humana, utiliza SEED y retroalimentación visuotáctil para ajustar la posición del brazo del robot a fin de aplicar la fuerza deseada.

Esto podría ser útil, por ejemplo, para alguien que usa herramientas cuando hay incertidumbre en la altura de una mesa, ya que una trayectoria preprogramada podría no tocar la mesa por completo. "Hemos confiado en gran medida en el trabajo de Mason, Raibert y Craig en lo que llamamos un controlador de posición de fuerza híbrido", dice Hyung Ju Suh, Ph.D. estudiante de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación en el MIT, afiliado de CSAIL y autor principal de un nuevo artículo sobre SEED. "Esa es la idea, que si realmente tuvieras tres dimensiones para moverte cuando estás escribiendo en una pizarra, querrás poder controlar la posición en algunos de los ejes, mientras controlas la fuerza en el otro eje".

Los robots de cuerpo rígido y sus contrapartes solo pueden llevarnos hasta cierto punto; La suavidad y el cumplimiento brindan el lujo y la capacidad de deformarse, de sentir la interacción entre la herramienta y la mano.

Con SEED, cada ejecución que detecta el robot es una imagen 3D reciente de las pinzas, lo que permite rastrear en tiempo real cómo las pinzas cambian de forma alrededor de un objeto. Estas imágenes se usan para reconstruir la posición de la herramienta, y el robot usa un modelo aprendido para mapear la posición de la herramienta a la fuerza medida. El modelo aprendido se obtiene utilizando la experiencia previa del robot, donde perturba un sensor de par de fuerza para determinar qué tan rígidos son los sujetadores de burbujas. Ahora, una vez que el robot haya sentido la fuerza, la comparará con la fuerza que el usuario ordena, y tal vez se diga a sí mismo, "resulta que la fuerza que estoy sintiendo en este momento no está del todo allí. Necesito presionar más difícil." Luego se movería en la dirección para aumentar la fuerza, todo hecho en un espacio 6D.

Durante la "tarea de la escobilla de goma", SEED recibió la cantidad adecuada de fuerza para limpiar un poco de líquido en un avión, donde los métodos básicos tenían dificultades para obtener el barrido correcto. Cuando se le pidió que pusiera papel y lápiz, el bot escribió efectivamente "MIT" y también pudo aplicar la cantidad correcta de fuerza para apretar un tornillo.

Si bien SEED era consciente del hecho de que necesita controlar la fuerza o el par para una tarea determinada, si se agarra con demasiada fuerza, el elemento inevitablemente resbalará, por lo que hay un límite superior en la dureza ejercida. Además, si es un robot rígido, puede simular sistemas más blandos que su rigidez mecánica natural, pero no al revés.

Actualmente, el sistema asume una geometría muy específica para las herramientas:tiene que ser cilíndrica, y todavía hay muchas limitaciones sobre cómo puede generalizarse cuando se encuentra con nuevos tipos de formas. El trabajo futuro podría implicar la generalización del marco a diferentes formas para que pueda manejar herramientas arbitrarias en la naturaleza.

"A nadie le sorprenderá que el cumplimiento pueda ayudar con las herramientas, o que la detección de fuerza sea una buena idea; la pregunta aquí es en qué parte del robot debe ir el cumplimiento y qué tan suave debe ser", dice el coautor del artículo Russ Tedrake, el Profesor Toyota de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación, Aeronáutica y Astronáutica e Ingeniería Mecánica en el MIT e investigador principal en CSAIL. "Aquí exploramos la regulación de una rigidez bastante suave de seis grados de libertad directamente en la interfaz mano/herramienta, y mostramos que hay algunas ventajas agradables para hacer eso". + Explora más

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