Robotic Hand utilise des matériaux conformes pour saisir des objets avec une dextérité humaine

Une main robotique développée à EPFL peut ramasser 24 objets différents avec des mouvements humains qui émergent spontanément, grâce à des matériaux et des structures conformes plutôt qu’à la programmation.

Lorsque vous tendez la main pour saisir un objet comme une bouteille, vous n’avez généralement pas besoin de connaître la position exacte de la bouteille dans l’espace pour le ramasser avec succès. Mais comme l’explique le chercheur de l’EPFL, Kai Junge, si vous voulez faire un robot qui peut ramasser une bouteille, vous devez tout savoir sur l’environnement environnant très précisément.

“En tant qu’êtres humains, nous n’avons pas vraiment besoin d’informations externes pour saisir un objet, et nous pensons que c’est à cause des interactions conformes ou douces qui se produisent à l’interface entre un objet et une main humaine”, explique Junge, un doctorat. Élève dans le laboratoire de conception et de fabrication de robots informatiques de l’École d’ingénierie (Créer), dirigé par Josie Hughes. “Cette conformité est ce que nous souhaitons explorer pour les robots.”

En robotique, les matériaux conformes sont ceux qui se déforment, se plient et écrasent. Dans le cas de la main d’adaptation robotique de Create Lab (rigidité programmable anthropomorphe adaptative), les matériaux conformes sont relativement simples: des bandes de silicone enveloppées autour d’un poignet et de doigts mécaniques, ainsi que des articulations à ressort, combinées avec un bras robotique bendable. Mais cette conformité stratégiquement distribuée est ce qui permet à l’appareil de ramasser une grande variété d’objets en utilisant des saisons “auto-organisés” qui émergent automatiquement, plutôt que d’être programmés.

Dans une série d’expériences, la main adaptante, qui peut être contrôlée à distance, a pu prendre 24 objets avec un taux de réussite de 93%, en utilisant des saisies auto-organisées qui imitaient une prise humaine naturelle avec une similitude directe de 68%.

La recherche est publiée dans Génie des communications.

Intelligence robotique “ ascendante ”

Alors qu’une main robotique traditionnelle aurait besoin d’un moteur pour actionner chaque articulation, la main adaptante n’a que 12 moteurs, logés au poignet, pour ses 20 articulations. Le reste du contrôle mécanique provient de ressorts, qui peuvent être rendus plus rigides ou plus lâches pour régler la conformité de la main, et de la “peau” en silicone, qui peut également être ajoutée ou retirée.

En ce qui concerne le logiciel, la main Adapt est programmée pour se déplacer à travers quatre waypoints généraux, ou positions, pour soulever un objet. Toutes les autres adaptations nécessaires pour terminer la tâche se produisent sans programmation ou rétroaction supplémentaire; En robotique, c’est ce qu’on appelle le contrôle en boucle ouverte.

Par exemple, lorsque l’équipe a programmé le robot pour utiliser un certain mouvement, il a pu adapter sa prise de portée à divers objets allant d’un seul boulon à une banane. Les chercheurs ont analysé cette robustesse extrême – que la conformité répartie spatialement du robot – avec plus de 300 gras et les a comparées à une version rigide de la main.

“Le développement de robots qui peuvent effectuer des interactions ou des tâches que les humains font automatiquement est beaucoup plus difficile que la plupart des gens s’attendent”, explique Junge. “C’est pourquoi nous sommes intéressés à exploiter cette intelligence mécanique distribuée de différentes parties du corps comme la peau, les muscles et les articulations, par opposition à l’intelligence descendante du cerveau.”

Équilibrer la conformité et le contrôle

Junge souligne que l’objectif de l’étude ADAPT n’était pas nécessairement de créer une main robotique qui peut saisir comme un humain, mais de montrer pour la première fois à quel point un robot peut réaliser grâce à la conformité seule.

Maintenant que cela a été démontré systématiquement, l’équipe EPFL s’appuie sur le potentiel de la conformité en réintégrant les éléments de contrôle en boucle fermée dans la main adaptante, y compris la rétroaction sensorielle – via l’ajout de capteurs de pression à la peau du silicone – et l’intelligence artificielle. Cette approche synergique pourrait conduire à des robots qui combinent la robustesse de la conformité avec l’incertitude et la précision du contrôle en boucle fermée.

“Une meilleure compréhension des avantages des robots conformes pourrait considérablement améliorer l’intégration des systèmes robotiques en environnements très imprévisibles ou dans des environnements conçus pour l’homme”, explique Junge.