연구자들은 AI의 도움을 받아 점자 텍스트 위로 미끄러져 인간의 두 배 속도로 정확하게 읽을 수 있는 센서를 개발함으로써 생체모방 로봇공학의 주요 과제를 극복했다. 이 기술은 로봇 손과 보철물에 통합되어 인간과 비슷한 손가락 끝 감도를 제공할 수 있다.
인간의 손가락 끝은 엄청나게 민감하다. 그들은 사람 머리카락 너비의 약 절반만큼 작은 물체의 세부 사항을 전달할 수 있고, 표면 질감의 미묘한 차이를 식별하고, 계란이나 20파운드(9kg)의 개 사료 봉지를 잡기 위해 적절한 양의 힘을 가할 수 있다. 미끄러지지 않고.
최첨단 전자 피부에 점점 더 많은 생체 모방 기능이 통합되기 시작하면서 슬라이딩과 같은 인간과 같은 동적 상호 작용의 필요성이 더욱 중요해졌다. 그러나 소프트 로봇 공학의 발전에도 불구하고 인간의 손가락 끝의 감도를 로봇으로 재현하는 것은 어려운 것으로 입증되었다 .
영국 케임브리지 대학의 연구원들은 AI와 결합된 비전 기반 촉각 센서를 사용하여 고해상도와 속도로 특징을 감지하는 접근 방식을 채택하여 현실에 한 걸음 더 다가섰다.
“인간 손끝의 부드러움은 우리가 적절한 양의 압력으로 물건을 잡을 수 있는 이유 중 하나입니다.”라고 이번 연구의 주요 저자인 Parth Potdar가 말했다. "로봇 공학의 경우 부드러움은 유용한 특성이지만 많은 센서 정보도 필요하며 특히 유연하거나 변형 가능한 표면을 처리할 때 두 가지 정보를 동시에 확보하는 것은 까다롭습니다."
연구자들은 인간의 손가락처럼 미끄러지면서 점자를 읽을 수 있는 로봇 '손가락 끝' 센서를 개발하는 어려운 과제를 스스로 설정했습니다. 이상적인 테스트이다. 각 대표 문자의 점이 서로 밀접하게 배치되어 있으므로 센서는 매우 민감해야 한다.
연구 공동 저자인 데이비드 하드먼(David Hardman)은 “기존의 로봇 점자 판독기가 있지만 그들은 한 번에 한 글자만 읽습니다. 이는 인간이 읽는 방식과 다르다”고 말했습니다. “기존 로봇 점자 판독기는 정적인 방식으로 작동합니다. 하나의 문자 패턴을 터치하고, 읽고, 표면에서 잡아당겨 위로 이동하고, 다음 문자 패턴으로 낮추는 등의 작업을 수행합니다. 우리는 보다 현실적이고 훨씬 더 효율적인 것을 원합니다.”
그래서 연구진은 '손가락 끝'에 카메라가 장착된 로봇 센서를 만들었다. 센서의 슬라이딩 동작으로 인해 모션 블러가 발생한다는 사실을 인식한 연구원들은 이미지를 '디블러'하기 위해 합성적으로 블러링된 실제 정적 이미지 세트에 대해 훈련된 기계 학습 알고리즘을 사용했다. 모션 블러가 제거되면 컴퓨터 비전 모델이 각 문자를 감지하고 분류했다.
Potdar는 "모션 블러를 제거하기 위해 수행해야 하는 이미지 처리가 많아 시간과 에너지가 많이 소모되기 때문에 이는 로봇 공학자에게 어려운 문제입니다."라고 말했다.
훈련된 기계 학습 알고리즘을 통합하면 로봇 센서가 분당 315단어를 87.5%의 정확도로 읽을 수 있으며 이는 사람이 읽는 속도의 두 배이자 거의 같은 정확도로 점자를 읽을 수 있다. 연구원들은 이것이 이전 연구보다 훨씬 빠르며 더 많은 데이터와 더 복잡한 모델 아키텍처로 접근 방식을 확장하여 더 빠른 속도에서 더 나은 성능을 달성할 수 있다고 말한다.
Hardman은 "알고리즘을 훈련하기 위해 가짜 흐림 효과를 사용했다는 점을 고려하면 점자를 읽는 데 얼마나 정확한지 놀랐습니다."라고 말했습니다. "우리는 속도와 정확성 사이에 좋은 균형점을 찾았으며 이는 인간 독자의 경우에도 마찬가지입니다."
비록 센서가 보조 기술로 설계되지는 않았지만 연구원들은 점자를 빠르고 정확하게 읽을 수 있는 능력은 인간의 손가락 끝과 비슷한 감도를 가진 로봇 손이나 보철물을 개발하는 데 좋은 징조라고 말합니다. 그들은 기술을 인간형 손이나 피부 크기로 확장하기를 희망한다.
"점자 읽기 속도는 촉각 감지 시스템의 동적 성능을 측정하는 좋은 방법이므로 우리의 연구 결과는 점자를 넘어 로봇 조작 시 표면 질감이나 미끄러짐 감지와 같은 응용 분야에 적용될 수 있습니다."라고 Potdar는 말했다.
이 연구는 IEEE Robotics and Automation Letters 저널에 게재되었으며 , 케임브리지 대학교에서 제작한 아래 비디오에서는 연구원들이 점자 읽기 센서를 어떻게 개발했는지 설명한다.
출처: 케임브리지 대학교
