La mano robótica gira objetos usando el tacto, no la visión

Inspirándose en la forma sencilla en que los humanos manejan objetos sin verlos, un equipo dirigido por ingenieros de la Universidad de California en San Diego ha desarrollado un nuevo enfoque que permite a una mano robótica rotar objetos únicamente mediante el tacto, sin depender de la visión.

Utilizando su técnica, los investigadores construyeron una mano robótica que puede rotar suavemente una amplia gama de objetos, desde pequeños juguetes, latas e incluso frutas y verduras, sin magullarlos ni aplastarlos. La mano robótica realizó estas tareas utilizando únicamente información basada en el tacto.

El trabajo podría ayudar en el desarrollo de robots que puedan manipular objetos en la oscuridad.

El equipo presentó recientemente su trabajo en la Conferencia Robótica: Ciencia y Sistemas 2023.

Para construir su sistema, los investigadores colocaron 16 sensores táctiles en la palma y los dedos de una mano robótica de cuatro dedos. Cada sensor cuesta alrededor de 12 dólares y cumple una función sencilla: detectar si un objeto lo está tocando o no.

Lo que hace que este enfoque sea único es que se basa en muchos sensores táctiles de bajo costo y baja resolución que utilizan señales binarias simples, táctiles o no táctiles, para realizar una rotación robótica en la mano. Estos sensores están repartidos por una gran superficie de la mano robótica.

Esto contrasta con una variedad de otros enfoques que se basan en unos pocos sensores táctiles de alta resolución y alto costo fijados a una pequeña área de la mano robótica, principalmente en las yemas de los dedos.

Hay varios problemas con estos enfoques, explicó Xiaolong Wang, profesor de ingeniería eléctrica e informática en UC San Diego, quien dirigió el estudio actual. En primer lugar, tener una pequeña cantidad de sensores en la mano robótica minimiza la posibilidad de que entren en contacto con el objeto. Eso limita la capacidad de detección del sistema. En segundo lugar, los sensores táctiles de alta resolución que proporcionan información sobre la textura son extremadamente difíciles de simular, por no mencionar extremadamente caros. Eso hace que sea más difícil utilizarlos en experimentos del mundo real. Por último, muchos de estos enfoques todavía se basan en la visión.

"Aquí utilizamos una solución muy simple", dijo Wang. “Demostramos que no necesitamos detalles sobre la textura de un objeto para realizar esta tarea. Sólo necesitamos señales binarias simples que indiquen si los sensores han tocado el objeto o no, y son mucho más fáciles de simular y transferir al mundo real”.

Los investigadores señalan además que tener una gran cobertura de sensores táctiles binarios le da a la mano robótica suficiente información sobre la estructura 3D y la orientación del objeto para rotarlo exitosamente sin visión.

Primero entrenaron su sistema ejecutando simulaciones de una mano robótica virtual que hacía girar un conjunto diverso de objetos, incluidos aquellos con formas irregulares. El sistema evalúa qué sensores de la mano están siendo tocados por el objeto en un momento dado durante la rotación. También evalúa las posiciones actuales de las articulaciones de la mano, así como sus acciones anteriores. Utilizando esta información, el sistema le dice a la mano robótica qué articulación debe ir y dónde en el siguiente momento.

Luego, los investigadores probaron su sistema en la mano robótica de la vida real con objetos que el sistema aún no había encontrado. La mano robótica pudo rotar una variedad de objetos sin detenerse ni perder su agarre. Los objetos incluían un tomate, un pimiento, una lata de mantequilla de maní y un pato de goma de juguete, que fue el objeto más desafiante debido a su forma. Los objetos con formas más complejas tardaron más en rotar. La mano robótica también podría rotar objetos alrededor de diferentes ejes.

Wang y su equipo están trabajando ahora para ampliar su enfoque a tareas de manipulación más complejas. Actualmente están desarrollando técnicas que permitan a las manos robóticas atrapar, lanzar y hacer malabarismos, por ejemplo.

"La manipulación manual es una habilidad muy común que tenemos los humanos, pero es muy compleja de dominar para los robots", dijo Wang. "Si podemos dotar a los robots de esta habilidad, se abrirá la puerta al tipo de tareas que pueden realizar".

Título del artículo: "Rotar sin ver: hacia la destreza en la mano a través del tacto". Los coautores incluyen a Binghao Huang*, Yuzhe Qin, UC San Diego; y Zhao-Heng Yin* y Qifeng Chen, HKUST.

*Estos autores contribuyeron igualmente a este trabajo.

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