Робота навчили сортувати сміття на дотик

Американські інженери створили маніпулятор і алгоритм, що дозволяє розпізнавати матеріал, з якого складається той чи інший предмет, за його реакцією на стиснення. Розробники навчили маніпулятор розрізняти пластик, папір і метал, і продемонстрували потенційне застосування робота як сортувальника сміття. Стаття з описом розробки буде представлена на конференції RoboSoft 2019.

Захоплення предметів - це одне з найбільш популярних серед інженерів прикладних завдань робототехніки. Як правило, роботів, здатних захоплювати предмети, пропонують застосовувати на великих конвеєрних лініях і на складах. Крім того, деякі інженери пропонують автоматизувати (і тим самим здешевити) сортування сміття. Для сортування сміття робот повинен володіти двома базовими навичками: вмінням швидко і надійно захоплювати предмети довільної форми, а також вміти розуміти відмінності між ними. Друге завдання, як правило, вирішується за допомогою систем комп'ютерного зору, навчених розпізнавати предмети за їх формою або кольором. Однак ці характеристики не дозволяють достовірно оцінити матеріал предмета і такий спосіб коректно працює далеко не у всіх випадках.

Інженери під керівництвом Даніели Рус (Daniela Rus) з Массачусетського технологічного інституту створили робота, здатного визначати матеріал, з якого зроблено предмет, стискаючи його за допомогою маніпулятора. В основі маніпулятора лежать полімерні циліндри, які при розкручуванні розширюються і згинаються. На кожному з двох пальців маніпулятора встановлено по два циліндри з протилежним закручуванням, прикріплених до мотор. Завдяки такій конструкції при обертанні обох циліндрів весь палець в цілому вигинається всередину і дозволяє стиснути об'єкт всередині маніпулятора.

Однак самої цієї конструкції недостатньо, щоб робот міг вимірювати об'єкти на дотик. На кожен палець інженери додали по два датчики, що вимірюють розтягнення і тиск. Датчики розтягнення встановлені на зовнішній поверхні пальців, а датчики тиску на внутрішній. Обидва датчики засновані на тому, що їх електрична ємність змінюється при деформації. Маючи калібрувальні дані та дані про поточну ємність, алгоритм може розрахувати розтягнення і тиск під час роботи маніпулятора. Кожен датчик відповідає за певний параметр: датчик тиску дозволяє визначати жорсткість предметів, а датчик розтягнення дозволяє визначити те, наскільки вигнулися пальці маніпулятора, а отже і те, який розмір предмета між ними. Поправка на розмір і площу контакту дозволяє скоригувати дані з датчика тиску.

Перед початком експериментів з маніпулятором інженери відкалібрували систему, затискаючи за допомогою маніпулятора предмети різної форми і з різних матеріалів. Під час експериментів стаціонарний маніпулятор захоплював по одному з 14 предметів і відносив їх до одного з трьох класів - папір, пластик і метал. Експеримент показав, що робот зміг коректно розпізнати матеріал предметів у 85 відсотках випадків. У другому експерименті інженери імітували повноцінну лінію сортування - після захоплення робот перекладав предмети у відповідні кошики. У такому випадку успішними виявилися 63 відсотки спроб.

У 2017 році компанія Cambridge Consultants представила апарат для автоматизованого сортування сміття. Після того, як користувач поставив сміття на спеціальний майданчик, апарат сканує предмет і підсвічує бак для відповідного типу сміття.