Insight: Sensor Haptik Lunak Meningkatkan Sensitivitas Sentuhan Robot
Dalam makalah yang diterbitkan di Nature Machine Intelligence, tim ilmuwan di Max Planck Institute for Intelligent Systems (MPI-IS) memperkenalkan sensor haptik lunak yang tangguh bernama “Insight” yang menggunakan visi komputer dan jaringan saraf dalam untuk secara akurat memperkirakan di mana objek bersentuhan dengan sensor dan seberapa besar gaya yang diterapkan. Proyek penelitian ini adalah langkah signifikan menuju robot yang dapat merasakan lingkungan mereka seakurat manusia dan hewan. Seperti samplahnya alami, sensor ujung jari ini sangat sensitif, tangguh, dan resolusi tinggi.
Sensor berbentuk ibu jari terbuat dari cangkang lunak yang dibangun di sekitar kerangka keras ringan. Kerangka ini menopang struktur seperti tulah yang menstabilkan jari lunak. Cangkang terbuat dari elastomer yang dicampur dengan flakium aluminium gelap namun refleksif, menghasilkan warna abu-abu gelap yang tidak transparan yang mencegah cahaya eksternal masuk. Tersembunyi di dalam capuk berukuran jari ini adalah kamera fisheye 160 derajat kecil yang merekam citra berwarna yang diiluminasi oleh cincin LED.
Artikel Terkait
Sensor Taktil Lunak dengan Karakteristik Seperti Kulit untuk Robot
Sensor Lunak Menangani Tekanan
Ketika objek menyentuh cangkang sensor, tampilan pola warna di dalam sensor berubah. Kamera merekam citra berkali-kali per detik dan menyediakan data ini ke jaringan saraf dalam. Algoritma mendeteksi perubahan cahaya terkecil di setiap piksel. Dalam waktu sekejap, model machine learning yang telah dilatih dapat memetakan tepat di mana jari menyentuh objek, menentukan seberapa kuat gaya tersebut, dan menunjukkan arah gaya. Model menyimpulkan apa yang disebut ilmuwan sebagai peta gaya: ini menyediakan vektor gaya untuk setiap titik di ujung jari tiga dimensi.
“Kami mencapai kinerja sensing yang luar biasa ini melalui desain mekanis inovatif dari cangkang, sistem imaging yang disesuaikan di dalamnya, pengumpulan data otomatis, dan deep learning terbaru,” kata Georg Martius, Pemimpin Grup Penelitian Max Planck di MPI-IS, tempat ia memimpin Grup Pembelajaran Otonom. “Struktur hibrida unik kami dari cangkang lunak yang mengelilingi kerangka keras memastikan sensitivitas dan ketahanan tinggi. Kamera kami dapat mendeteksi deformasi permukaan yang paling kecil dari satu citra,” tambah murid PhD-nya Huanbo Sun. Saat menguji sensor, peneliti menyadari bahwa itu cukup sensitif untuk merasakan orientasinya sendiri relatif terhadap gravitasi.
Namun bagaimana sensor ini belajar? Huanbo Sun merancang tes untuk menghasilkan data pelatihan yang diperlukan untuk model machine learning untuk memahami korelasi antara perubahan piksel citra mentah dan gaya yang diterapkan. Tes tersebut mencoba sensor di seluruh permukaannya dan merekam vektor gaya kontak yang sebenarnya bersama dengan citra kamera di dalam sensor. Dengan cara ini, sekitar 200.000 pengukuran dihasilkan. Memakan waktu hampir tiga minggu untuk mengumpulkan data dan satu hari lagi untuk melatih model machine learning. Bertahan dalam eksperimen panjang ini dengan begitu banyak gaya kontak berbeda membantu membuktikan ketahanan desain mekanis Insight, dan tes dengan sonda yang lebih besar menunjukkan seberapa baik sistem sensing tersebut menghasilkan generalisasi.
Fitur khusus lain dari sensor berbentuk ibu jari ini adalah bahwa ia memiliki zona berbentuk kuku dengan lapisan elastomer yang lebih tipis. Zona taktil fovea ini dirancang untuk mendeteksi gaya yang kecil dan bentuk objek yang rinci. Untuk zona super-sensitif ini, ilmuwan memilih ketebalan elastomer 1,2 mm daripada 4 mm yang mereka gunakan di sisa sensor jari.
“Desain perangkat keras dan perangkat lunak yang kami presentasikan dalam karya kami dapat ditransfer ke berbagai bagian robot dengan bentuk dan persyaratan presisi yang berbeda. Arsitektur machine learning, pelatihan, dan proses inferensi semuanya bersifat umum dan dapat diterapkan pada banyak desain sensor lainnya,” kata Huanbo Sun.
