AnySkin: Robotlara Dokunma Sensörü Takarak Ultra Hassas İşleri Öğretmek
(any-skin.github.io)- Robot manipülasyonunda dokunma duyusu faydalıdır, ancak mevcut sensörlerin takılması zordu ve yeniden kullanılabilirliği düşüktü; AnySkin, uç efektöre kolayca takılıp değiştirilebilen deri tipi bir sensör olarak bu sorunu azaltıyor
- Algılama elektroniği ile yüzey ayrılmıştır; böylece yalnızca hasar gören deri değiştirilebilir ve entegrasyon süreci telefon kılıfı takıp şarj cihazı bağlamak kadar basitleştirilmiştir
- Manyetik demir parçacıkları içeren esnek yüzeyin temas sırasında oluşturduğu manyetik alan bozulması, 5 manyetometre tarafından 3 eksenli manyetik akı yoğunluğu olarak ölçülür
- Behavior Cloning politikası, deri değiştirildikten sonra da Card Swiping, Plug Insertion ve USB Insertion görevlerinde başarıyı koruyarak sensör örnekleri arasında genelleme olasılığını gösterdi
- 30 gündelik nesneden oluşan veriyle eğitilen LSTM kayma tespiti modeli, slip event'i %92 doğrulukla tahmin etti; makale, kod, CAD dosyaları ve tasarım aracı yayımlandı
Tak ve çalıştır dokunsal sensör tasarımı
- AnySkin, robot dokunması için bir deri sensörüdür; dokunsal algılamanın görme ya da propriosepsiyona kıyasla daha az kullanıldığı durumlarda daha kolay takılıp kullanılabilen bir yapı hedefler
- Mevcut dokunsal sensörlerin sınırlamaları genellik, değiştirilebilirlik ve veri yeniden kullanılabilirliği eksikliğidir
- ReSkin'in basit tasarımını temel alarak algılama elektroniği ile algılama arayüzü birbirinden ayrılmıştır
- Yalnızca hasar gören esnek yüzey kolayca değiştirilebilir
- Farklı robot uç efektörleriyle uyumlu olacak şekilde tasarlanmıştır
- Temas, algılama yüzeyi içindeki manyetize edilmiş demir parçacıklarının oluşturduğu manyetik alanın deformasyonu üzerinden algılanır
- Algılama elektroniği 5 manyetometreden oluşur ve her sensör 3 eksende manyetik akı yoğunluğunu ölçer
Değişimden sonra da korunan öğrenme performansı
- AnySkin, tek bir sensör örneğinde öğrenilen manipülasyon politikasını başka yeni deri örneklerine de uygulayabilen cross-instance generalizability hedefler
- Behavior Cloning ile eğitilen politika, deri değiştirildikten sonra da 3 görevde başarısını korur
- Card Swiping
- Plug Insertion
- USB Insertion
- Kayma tespitinde, 30 gündelik nesne verisiyle eğitilen LSTM modeli slip event'i %92 doğrulukla tahmin etti
Üretim yöntemi ve açık materyaller
- Üretim, Smooth-On DragonSkin 10 Slow ile MQFP-15-7 25μm manyetik parçacıkların 1:1:2 oranında karıştırılıp 2 parçalı kalıpta kürlenmesiyle yapılıyor
- Kürlenen skin, pulse magnetizer ile manyetize edilir
- Gripper tip tasarım dosyaları yayımlanmıştır
- İlgili materyaller de birlikte sunulmuştur
1 yorum
Hacker News yorumları
Bunu, silikon kauçuğa manyetik parçacıklar ekleyip mıknatısladıktan sonra, çeşitli referans noktalarında manyetometreyle manyetik alan değişimlerini algılayarak kauçuğun deformasyonunu okumak ve yüzeydeki “basınç noktalarını” analiz etmek şeklinde anlıyorum.
Buradaki yenilik, üretim sürecinin yeterince tutarlı olması sayesinde, belirli her manyetik silikon arayüzü için “girdi sinyalini” uzun süre yeniden kalibre etmeye gerek kalmadan değiştirilebilir parça gibi kullanılabilmesi gibi görünüyor.
Üst düzey dokunsal sensörleri, özel el yapımı çivilerden çok makinede işlenmiş vidalara yaklaştıran bir his veriyor.
Bu alanı iyi bilmiyorum ama gerçekten etkileyici.
Çöp ve geri dönüştürülebilir malzeme ayırmada kullanılıp kullanılamayacağını, üzerine yabancı madde bulaştığında ya da eskidiğinde yeniden kalibre edilip edilemeyeceğini merak ediyorum. Silikon muhtemelen yaşlanmaya karşı epey dayanıklıdır.
Domatesleri yıkayıp saplarını ayıklamak da mümkün olur mu diye düşünüyorum.
Bununla yapılmış bir trackpad de isterdim. Ne kadar çözünürlük sağlayabileceğini merak ediyorum; basınç ve eğim gibi özellikler kazanmak uğruna çözünürlükten büyük ölçüde feragat etmek istemem.
Yine de parmakla deriyi ovuşturuyormuş hissi verirse epey ürpertici olabilir; bu yüzden dizüstü bilgisayarda et parçası gibi bir bölüm olmasını istemem.
Çöp/geri dönüşüm ayırmada çok fazla robot yok; çoğu sistem nesnelerin malzeme özelliklerinden yararlanıyor. Bazı şirketler kârlılık için gereken yüksek iş hacmine ulaşmak amacıyla delta robotlar denedi ama yeterli olmadı. Bütçesi geniş belediyeler veya üniversiteler için mümkün olabilir, ancak finansal olarak gerekçelendirmek zor.
Yeniden kalibrasyon konusunda, manyetik alanın zamanla zayıflaması ve yabancı maddelerle geliştiricilerin nasıl başa çıktığını merak ediyorum. Silikon temizlenebilir sınıfta olabilir, ancak yüksek iş hacminde yumuşak bir malzeme parçalarla sürekli temas ederse aşınır ve kavrama özellikleri de değişir.
Domates yıkama ve sap ayıklama için, robot ve end effector maliyetlerinin seri yıkama ve elle sap ayıklamayı ya da kaba mekanik işlemleri yenebilmesi adına 10 yıldan uzun süre daha düşmesi ve verimliliğin artması gerekir. Daha çok teorik bir gelecekteki ev robotu için yüksek lisans öğrencisi projesi gibi görünüyor.
Lenovo TrackPoint büyük olasılıkla bir trackpad için gerekenlerin zaten %95’ini sağlıyor ve bu dokunsal sensörün o pazarı hedeflemediğini düşünüyorum.
Yararlı göründüğü yerler: mevcut end effector’lara eklenip yalnızca “parça algılandı” şeklinde boolean geri bildirim veren basit bir sürüm; kavrama sırasında parçanın ciddi biçimde hareket edip etmediğini algılayıp robotu durdurma; birden çok basınç kombinasyonu gerektiren gıda kavrama; uzun end effector nedeniyle yalnızca eklemlerden konum algılamanın zor olduğu hizalama işleri; ve kumaş manipülasyonu. Kumaş robotlar için zor bir problem, bu yüzden “parça” hakkında daha fazla bilgi yardımcı olur ve ayakkabı üretimi otomasyonunu makul fiyatla mümkün kılmanın önündeki büyük engeli azaltabilir.
Asıl nokta, dizi halinde yerleştirilmiş iyi 3 eksenli manyetometre çipleri[1] gibi görünüyor.
Değiştirilebilir deriye gömülü manyetik parçacıklar, üretim sırasında mıknatıslama aşamasında paralel hizalanıyor. Ev atölyesinde bile kullanılabilecek, son teknolojiye yakın çeşitli unsurların ilginç bir karışımı var.
[1] https://www.digikey.com/en/products/detail/melexis-technolog...
ReSkin: versatile, replaceable, lasting tactile skins
https://arxiv.org/abs/2111.00071
Elektronik müzik aletleri için gerçekten kullanışlı görünüyor. Örneğin kuvvet algılayan direnç şeritlerinden oluşan bir ızgara kullanan Linnstrument (https://www.rogerlinndesign.com/linnstrument) gibi.
Bu tür sensörler yan yana konduğunda birbirleriyle girişim yapıp yapmadığını merak ediyorum.
Maliyet konusunda endişeliyim ama mevcut enstrümanlar da pek ucuz sayılmaz.
Büyük modellerin hepsi oldukça pahalı; bu yeni teknolojinin bu tür ürünleri daha ucuz hale getirmenin bir yolu olup olamayacağını merak ediyorum.
El davulu ya da keman gibi daha fazla dokunsal geri bildirimi olan enstrümanlarda ilginç olabilir. Ama bu tür elektronik kontrol yüzeyleri zaten insan icracı robot olmadığı için var.
USB takma gibi işlerde, robot deliğe hizalandığında açı değişimini ya da iki “parmak” arasındaki basınç farkını mı algılıyor, merak ediyorum
Robotun USB fişini hizalamak için “yoklayarak” yerine oturtuyor gibi olup olmadığını bilmek isterim
Ayrıca temel deri malzemesinin kalıplanmış silikon mu, yoksa 3D yazdırılabilir TPU olma ihtimali mi var, onu da merak ediyorum
https://www.smooth-on.com/products/dragon-skin-10-slow/
Bu yüzden doğrudan 3D yazdırmak zor olur, ama kalıbı 3D yazdırmak mümkün gibi
Çok iyi; eski Takktile sensöründen https://biorobotics.harvard.edu/takktile.html çok daha kolay üretilecek gibi görünüyor
Çip ile deri arasına yeterince sert bir katman koyarsanız, devre kartına hiç zarar vermeden deriye yıkıcı düzeyde kuvvet uygulanabilir gibi. Takktile’da epoksi basınç sensörüyle doğrudan temas eden bir yapıdaydı; bu yüzden koruyucu katman kaplanabilse de hassasiyet mutlaka düşüyordu
Politika öğrenimi kısmının teknolojiden ne kadar bağımsız olduğunu da merak ediyorum. Modelin temas konumuna değil de kartın verdiği yön vektörüne bağımlı hale gelip gelmediğini merak ediyorum. Bunun başlı başına sorun olduğunu söylemiyorum; yönlülüğün belirli değişimleri “ayrıştırarak” öğrenme sürecini basitleştirip basitleştirmediğini bilmek istiyorum
Ancak derin öğrenme kullanıldığı için politikanın tam olarak hangi niceliğe dayandığını yorumlamak zor. Potansiyel olarak modaliteden bağımsız olabilir; fakat şimdiye kadar (1) temas konumu ve 3 eksenli kuvvet gibi sezgisel olarak ilişkili nicelikleri algılayan ve (2) derin öğrenme modelinin nesneler arasında genelleme yapmasına yetecek kadar sinyal tutarlılığı gösteren bir sensör yoktu
AnySkin’in temel motivasyonu buydu ve manyetik algılama yaklaşımında bunu mümkün kılan görece basit bir üretim prosedürü bulduk
Robotik dokunma araştırmasıyla biraz uğraşmıştım; gerçekten çok eğlenceliydi
Biz “biotac” sensörünü kullanmıştık ve performansı çok iyiydi, ama 1) inanılmaz pahalıydı ve 2) aşınan deriyi değiştirmek inanılmaz zordu
biotac’in bu yönteme göre bir avantajı, büyük bir çek gönderdiğinizde gerçekten satın alınabilmesi. Akademiden çıkan bu tür şeyler çoğu zaman fiyattan bağımsız olarak bulunamıyor. Harika görünüyor ve birkaç tane edinmek isterim
TPU’yu 3D yazdırıp kaliteli mıknatıslar koymak yeterli olabilir. Yeniden mıknatıslamak da muhtemelen epey kolaydır, ama ucuz olmayabilir https://www.magnet-physik.de/en/magnetizing-technology/magne...
Alttaki kart da sanırım şu ürünlerin bir ızgarasından ibaret https://www.adafruit.com/product/4022
“Fabrication process” grafiğini beğendim. Bundan daha basit yapmak zor olurdu
Uygulama dokunma sensörü, ama asıl atılım esnek bir ortamın içine paralel yönde manyetik parçacıklar koymakta gibi görünüyor
Aklıma hemen birkaç soru geliyor. Magnequench’i üreten şirket manyetik parçacıkların başka malzemelere konabileceğini elbette biliyordur; peki bu tür parçacıkların en yaygın kullanım alanı nedir? Genelde sabit, esnek olmayan katı bir ortamın içine mi konuyorlar, yoksa sıvıya mı, merak ediyorum
Dragon Skin kullanmak şart mı, onu da merak ediyorum. Yarı katı bir ortama manyetik parçacıklar karıştırma fikri ilginç. Jöleye ya da Silly Putty’ye parçacık koymak gibi bir şey olursa, dışarıdan manyetik alan uygulayarak parçacık içeren ortamı deforme etmek ya da şekillendirmek mümkün olabilir mi diye düşünüyorum
“USB takma veya kredi kartı okutma gibi hassas işler için öğrenilmiş görsel-dokunsal politikalar…” ve “büyük temel…” ifadelerini görünce, robotların kapı kolu ya da tokmağı kullanarak kelimenin tam anlamıyla kapı açabilmesini sağlıyor gibi geldi. Heyecan verici
Bildiğim kadarıyla bu daha önce gösterilmemişti ve bu sensörün ilginç büyük ölçekli uygulamalarının önünü açan bir sonuç