Dans un document technique publié en début d’année, des chercheurs de Facebook proposent Digit, un capteur tactile haute résolution, compact et peu coûteux, destiné à la difficile tâche de saisie robotique de la main. Digit est conçu pour pouvoir être monté sur des mains de robot à plusieurs doigts, et les coauteurs affirment qu’il offre une durabilité accrue et un processus de fabrication plus répétable que les autres capteurs du marché.
Malgré des décennies de recherche, la manipulation manuelle à usage général reste un défi non résolu en robotique. L’un des facteurs qui y contribuent est la difficulté à détecter les forces de contact, ce qui est essentiel pour contrôler les interactions au sein d’un environnement car il fournit un moyen naturel et direct de mesurer les forces. Selon les chercheurs, Digit réalise cette détection grâce à un petit facteur de forme modulaire et à un processus d’assemblage qui réduit les coûts – un capteur individuel coûte environ 15 dollars lorsqu’il est fabriqué en lot de 1 000 – et qui permet potentiellement de soutenir une fabrication à grande échelle.
Digit, qui mesure 20 x 27 x 18 millimètres et pèse environ 20 grammes, a un corps en plastique avec un boîtier en trois parties qui permet à la fois l’impression 3D et le moulage par injection. Une caméra et un gel sont montés sur le corps à l’aide de connexions « press fit », de sorte que l’un des composants peut être remplacé, et le boîtier est remplaçable pour permettre différentes longueurs focales d’objectif. De plus, les matériaux élastomères sous la surface de contact du capteur peuvent être remplacés par une vis, ce qui permet d’échanger des élastomères spécifiques à une tâche donnée – par exemple, des matériaux dont la dureté et l’opacité sont adaptées à la sensibilité et aux forces requises.
Capteur numérique Facebook
Le capteur Digit qui capture les caractéristiques visuelles de divers objets.
Sous le capot, le Digit contient des composants électroniques internes qui contrôlent les caractéristiques de la caméra, l’éclairage et la capture vidéo tout en mesurant à peine plus que le bout d’un doigt humain (7 centimètres carrés). Trois LED RVB fournissent un éclairage sur la surface du gel élastomère, qui a également été conçu sur mesure selon un procédé de fabrication en trois étapes à base de silicium et d’acrylique qui équilibre la robustesse et la sensibilité. Les chercheurs affirment que lors des tests, le gel de Digit a transmis 767 lux (une mesure de l’intensité de l’éclairage) contre 17 et 16 lux respectivement pour les gels tiers, même après 15 cycles dans une machine conçue pour infliger des abrasions.
Au cours d’une autre expérience visant à mesurer les performances de manipulation de Digit dans la main, les chercheurs ont demandé à une main robotisée Allegro équipée de capteurs Digit de tenir et de manipuler une bille de verre entre le pouce et le majeur et de déplacer la bille à certains endroits. Au début de chaque essai, la bille était soulevée par un support métallique monté sur un moteur linéaire, et un bras robotique Sawyer exécutait un mouvement préprogrammé pour saisir la bille. À ce stade, la main de l’Allegro – qui était montée sur le bras Sawyer – devait apprendre à faire rouler ses doigts sur le marbre en modélisant la dynamique de glissement et de déformation sous des degrés de pression.
Pour élaborer un modèle de dynamique, les chercheurs ont recueilli des données provenant de 4 800 essais au cours desquels les doigts se sont déplacés au hasard sur le marbre pendant 10 secondes et les caméras de Digit ont enregistré des vidéos. Ensuite, ils ont formé un autre modèle pour détecter des points clés dans le marbre représentant des facteurs de variation dans les données d’entrée, qu’ils ont utilisés pour créer un système de planification qui déplace le marbre vers une position cible donnée sans le faire tomber ou le presser trop fort.
Le capteur Digit de Facebook intégré à une main robotisée.
Les chercheurs rapportent qu’au cours de 50 essais, la main a fait tomber la bille environ 25 % du temps. Cependant, ils attribuent cela à des imprécisions de planification et à des données bruyantes plutôt qu’à des défauts dans la conception du Digit.
« La détection tactile est un élément important pour la manipulation des robots au niveau humain », ont écrit les coauteurs. « Nous pensons que Digit est un pas en avant dans la conception de capteurs tactiles polyvalents qui peuvent être produits en masse et largement adoptés dans la communauté robotique pour atteindre des compétences de manipulation à l’échelle humaine.
Les fichiers de fabrication du boîtier plastique, du gel et de l’électronique de Digit sont sur GitHub, ainsi que le binaire du micrologiciel pour la programmation et une interface Python. Dans ses travaux futurs, l’équipe de recherche entend poursuivre la miniaturisation du facteur de forme de Digit et concevoir de nouveaux capteurs avec des champs de détection courbes et omnidirectionnels.
Il est intéressant de noter que le Digit de Facebook fait suite à deux travaux exploratoires sur la saisie robotique menés par le laboratoire d’informatique et d’intelligence artificielle du MIT. L’un s’appuie sur des recherches existantes qui utilisent une structure conique inspirée de l’origami, conçue pour s’effondrer sur les objets, tandis que l’autre a donné à une pince robotique des sens plus nuancés, à l’image de l’homme, sous la forme de LED et de deux caméras.
https://venturebeat.com/2020/06/01/facebooks-digit-is-a-low-cost-tactile-sensor-for-robotic-hands/
https://arxiv.org/pdf/2005.14679.pdf
