Avec l'aide de l'apprentissage automatique, Des chercheurs de l'ETH ont développé un nouveau capteur tactile à faible coût. Le capteur mesure la répartition des forces à haute résolution et avec une grande précision, permettant aux bras du robot de saisir des objets sensibles ou fragiles.

Les humains n'ont aucun problème à ramasser des objets fragiles ou glissants avec nos mains. Notre sens du toucher nous permet de sentir si nous tenons fermement l'objet ou s'il est sur le point de nous glisser entre les doigts, afin que nous puissions ajuster la force de notre prise en conséquence. Les bras de préhension des robots chargés de saisir des objets fragiles ou glissants ou présentant une surface complexe nécessitent également ce type de retour d'information.

Les chercheurs en robotique de l'ETH Zurich ont maintenant développé un capteur tactile qui pourrait s'avérer utile dans un tel cas et marque ce qu'ils considèrent comme une étape importante vers une « peau robotique ». La conception extrêmement simple du capteur le rend peu coûteux à produire, comme le soulignent les ingénieurs. Essentiellement, il se compose d'une "peau" élastique en silicone avec des microbilles de plastique colorées et d'une caméra ordinaire apposée sur la face inférieure.

Mesures utilisant une entrée purement optique

Le capteur est basé sur la vision :lorsqu'il entre en contact avec un objet, une indentation apparaît dans la peau de silicone. Cela modifie le motif des microbilles, qui est enregistré par la lentille fisheye sur la face inférieure du capteur. De ces changements au modèle, il est possible de calculer la répartition de la force sur le capteur.

"Les capteurs conventionnels enregistrent la force appliquée en un seul point. En revanche, notre peau robotique nous permet de distinguer plusieurs forces agissant sur la surface du capteur, et les calculer avec des degrés élevés de résolution et de précision, " dit Carlo Sferrazza. Il est doctorant dans le groupe dirigé par Raffaello D'Andrea, Professeur de systèmes dynamiques et de contrôle à l'ETH Zurich. "Nous pouvons même déterminer la direction à partir de laquelle une force agit, " dit Sferrazza. En d'autres termes, les chercheurs peuvent identifier non seulement les forces qui exercent une pression verticale sur le capteur, mais aussi des forces de cisaillement, qui agissent latéralement.

Développement basé sur les données

Pour calculer quelles forces poussent les microbilles dans quelles directions, les ingénieurs utilisent un ensemble complet de données expérimentales :dans des tests qui ont été standardisés par le contrôle de la machine, ils ont examiné divers types de contact avec le capteur. Ils ont pu contrôler avec précision et faire varier systématiquement la localisation du contact, la répartition de la force et la taille de l'objet entrant en contact. Avec l'aide de l'apprentissage automatique, les chercheurs ont enregistré plusieurs milliers de cas de contact et les ont mis en correspondance avec précision avec des changements dans le motif des perles.

Le prototype de capteur le plus fin que les chercheurs aient construit à ce jour mesure 1,7 centimètre d'épaisseur et couvre une surface de mesure de 5 x 5 centimètres. Cependant, les chercheurs travaillent sur la même technique pour réaliser des surfaces de capteurs plus grandes équipées de plusieurs caméras, et peut ainsi reconnaître également des objets de forme complexe. En outre, ils visent à rendre le capteur plus fin - ils pensent qu'il est possible d'atteindre une épaisseur de seulement 0,5 centimètre en utilisant la technologie existante.

Robotique, sport et réalité virtuelle

Parce que le silicone élastique est antidérapant et que le capteur peut mesurer les forces de cisaillement, il est bien adapté pour une utilisation dans les bras de préhension de robot. "Le capteur reconnaîtrait quand un objet menace de glisser hors de la prise du bras afin que le robot puisse ajuster sa force de préhension, " explique Sferrazza.

Les chercheurs pourraient également utiliser un tel capteur pour tester la dureté des matériaux ou pour cartographier numériquement les touches. S'il est intégré dans les wearables, les cyclistes pourraient mesurer la force qu'ils appliquent au vélo à travers les pédales, ou les coureurs pourraient mesurer la force qui entre dans leurs chaussures lors du jogging. Dernièrement, de tels capteurs peuvent fournir des informations importantes pour développer un retour tactile, par exemple pour les jeux de réalité virtuelle.