Permettre aux robots de ressentir
Nous, les humains, n'avons aucun problème à ramasser des objets fragiles ou glissants avec nos mains. Notre sens du toucher nous permet de sentir si nous avons une prise ferme sur l'objet ou s'il est sur le point de glisser entre nos doigts, de sorte que nous pouvons ajuster la force de notre prise en conséquence. Les bras de préhension des robots chargés de saisir des objets fragiles ou glissants ou ayant une surface complexe nécessitent également ce type de retour d'information.
Les chercheurs en robotique de l'ETH Zurich ont mis au point un capteur tactile qui pourrait s'avérer utile dans un tel cas - et marque ce qu'ils considèrent comme une étape importante vers la "peau robotisée". La conception extrêmement simple du capteur le rend peu coûteux à produire, comme le soulignent les ingénieurs. Il se compose essentiellement d'une "peau" élastique en silicone avec des microbilles de plastique colorées et d'un appareil photo ordinaire fixé sur la face inférieure.
Mesures utilisant une entrée purement optique
Le capteur est basé sur la vision : lorsqu'il entre en contact avec un objet, une indentation apparaît dans la peau en silicone. Cela modifie le motif des microbilles, qui est enregistré par la lentille en forme "fisheye" sur la face inférieure du capteur. À partir de ces modifications du motif, il est possible de calculer la répartition des forces sur le capteur.
"Les capteurs conventionnels n'enregistrent la force appliquée qu'en un seul point. En revanche, notre peau robotisée nous permet de distinguer plusieurs forces agissant sur la surface du capteur, et de les calculer avec un haut degré de résolution et de précision", explique Carlo Sferrazza. Ce dernier est doctorant dans le groupe dirigé par Raffaello D'Andrea, professeur de systèmes dynamiques et de contrôle à l'ETH Zurich. "Nous pouvons même déterminer la direction à partir de laquelle une force agit", ajoute Carlo Sferrazza. En d'autres termes, les chercheurs peuvent identifier non seulement les forces qui exercent une pression verticale sur le capteur, mais aussi les forces de cisaillement, qui agissent latéralement.
Développement axé sur les données
Pour calculer quelles forces poussent les microbilles dans quelles directions, les ingénieurs utilisent un ensemble complet de données expérimentales : dans des tests normalisés par la commande de la machine, ils ont examiné différents types de contact avec le capteur. Ils ont pu contrôler avec précision et faire varier systématiquement l'emplacement du contact, la répartition de la force et la taille de l'objet qui entre en contact. Grâce à l'apprentissage machine, les chercheurs ont enregistré plusieurs milliers de contacts et les ont fait correspondre avec précision aux modifications du motif de la perle.
Le prototype de capteur le plus fin que les chercheurs ont construit jusqu'à présent a une épaisseur de 1,7 centimètre et couvre une surface de mesure de 5 centimètres sur 5. Cependant, les chercheurs travaillent à l'utilisation de la même technique pour réaliser des surfaces de capteurs plus grandes qui sont équipées de plusieurs caméras et peuvent donc également reconnaître des objets de forme complexe. En outre, ils visent à rendre le capteur plus fin - ils pensent qu'il est possible d'atteindre une épaisseur de seulement 0,5 centimètre en utilisant la technologie existante.
Robotique, sport et réalité virtuelle
Comme le silicone élastique est antidérapant et que le capteur peut mesurer les forces de cisaillement, il est bien adapté à une utilisation dans les bras de préhension des robots. "Le capteur reconnaîtrait lorsqu'un objet menace de glisser hors de la prise du bras afin que le robot puisse ajuster sa force de préhension", explique M. Sferrazza.
Les chercheurs pourraient également utiliser un tel capteur pour tester la dureté des matériaux ou pour cartographier numériquement les touches. S'il est intégré à des vêtements, les cyclistes pourraient mesurer la force qu'ils appliquent sur le vélo par les pédales, ou les coureurs pourraient mesurer la force qui entre dans leurs chaussures lorsqu'ils font leur jogging. Enfin, ces capteurs peuvent fournir des informations importantes pour le développement de la rétroaction tactile, par exemple pour les jeux de réalité virtuelle.
