Nouveau capteur tactile doux avec des caractéristiques comparables à la peau pour les robots –

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  • Une équipe de recherche conjointe codirigée par la City University of Hong Kong (CityU) a développé un nouveau capteur tactile doux avec des caractéristiques comparables à celles de la peau. Une pince robotique avec le capteur monté au bout du doigt pourrait accomplir des tâches difficiles telles que saisir de manière stable des objets fragiles et enfiler une aiguille. Leurs recherches ont fourni un nouvel aperçu de la conception des capteurs tactiles et pourraient contribuer à diverses applications dans le domaine de la robotique, telles que les prothèses intelligentes et l’interaction homme-robot.

    Le Dr Shen Yajing, professeur agrégé au département de génie biomédical (BME) de CityU, était l’un des codirecteurs de l’étude. Les résultats ont été récemment publiés dans la revue scientifique Robotique scientifique, intitulé “Peau magnétique douce pour une détection tactile de super-résolution avec auto-découplage de force. “

    Imiter les caractéristiques de la peau humaine

    Une caractéristique principale de la peau humaine est sa capacité à ressentir la force de cisaillement, c’est-à-dire la force qui fait glisser ou glisser deux objets l’un sur l’autre lorsqu’ils entrent en contact. En détectant l’ampleur, la direction et le changement subtil de la force de cisaillement, notre peau peut agir comme rétroaction et nous permettre d’ajuster la façon dont nous devons tenir un objet de manière stable avec nos mains et nos doigts ou à quel point nous devons le saisir.

    Pour imiter cette caractéristique importante de la peau humaine, le Dr Shen et le Dr Pan Jia, un collaborateur de l’Université de Hong Kong (HKU), ont développé un nouveau capteur tactile doux. Le capteur est dans une structure multicouche comme la peau humaine et comprend un film flexible et spécialement magnétisé d’environ 0,5 mm d’épaisseur en tant que couche supérieure. Lorsqu’une force externe est exercée sur celui-ci, il peut détecter le changement du champ magnétique dû à la déformation du film. Plus important encore, il peut «découpler», ou décomposer, la force externe automatiquement en deux composantes – la force normale (la force appliquée perpendiculairement à l’objet) et la force de cisaillement, fournissant la mesure précise de ces deux forces respectivement.

    “Il est important de découpler la force externe car chaque composante de force a sa propre influence sur l’objet. Et il est nécessaire de connaître la valeur précise de chaque composante de force pour analyser ou contrôler l’état stationnaire ou en mouvement de l’objet”, a expliqué Yan Youcan, Doctorant au BME et premier auteur de l’article.

    Précision améliorée par apprentissage profond

    De plus, le capteur possède une autre caractéristique semblable à celle de la peau humaine – la “super-résolution” tactile qui lui permet de localiser la position du stimuli aussi précisément que possible. «Nous avons développé un algorithme de super-résolution tactile efficace utilisant l’apprentissage en profondeur et obtenu une amélioration de 60 fois de la précision de localisation pour la position de contact, qui est la meilleure parmi les méthodes de super-résolution rapportées jusqu’à présent», a déclaré le Dr Shen. Un tel algorithme de super-résolution tactile efficace peut aider à améliorer la résolution physique d’un réseau de capteurs tactiles avec le plus petit nombre d’unités de détection, réduisant ainsi le nombre de câblages et le temps requis pour la transmission du signal.

    «À notre connaissance, c’est le premier capteur tactile qui a atteint simultanément des capacités d’auto-découplage et de super-résolution», a-t-il ajouté.

    La main robotique avec le nouveau capteur accomplit des tâches difficiles

    En installant le capteur au bout du doigt d’une pince robotisée, l’équipe a montré que les robots peuvent accomplir des tâches difficiles. Par exemple, la pince robotique saisissait de manière stable des objets fragiles comme un œuf tandis qu’une force externe essayait de le faire sortir, ou enfilait une aiguille par téléopération. «La super-résolution de notre capteur aide la main robotique à ajuster la position de contact lorsqu’elle saisit un objet. Et le bras robotique peut ajuster l’amplitude de la force en fonction de la capacité de découplage de la force du capteur tactile», a expliqué le Dr Shen.

    Il a ajouté que le capteur peut être facilement étendu à la forme de réseaux de capteurs ou même d’une peau électronique continue qui couvre tout le corps du robot à l’avenir. La sensibilité et la plage de mesure du capteur peuvent être ajustées en changeant la direction de magnétisation de la couche supérieure (film magnétique) du capteur sans changer l’épaisseur du capteur. Cela a permis à l’e-skin d’avoir une sensibilité et une plage de mesure différentes dans différentes parties, tout comme la peau humaine.

    En outre, le capteur a des processus de fabrication et d’étalonnage beaucoup plus courts par rapport aux autres capteurs tactiles, ce qui facilite les applications réelles.

    “Ce capteur proposé pourrait être bénéfique pour diverses applications dans le domaine de la robotique, telles que la saisie adaptative, la manipulation adroite, la reconnaissance de texture, les prothèses intelligentes et l’interaction homme-robot. Les progrès des capteurs tactiles artificiels souples avec des caractéristiques comparables à la peau peuvent faire des robots domestiques faites partie de notre vie quotidienne », a conclu le Dr Shen.

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