Het is vrij gebruikelijk voor mensen - vooral degenen die in de productie werken - om een knoop te leggen, de behuizing van een kabel te strippen, een pin in een gat te steken of een handgereedschap zoals een boor te gebruiken. Ze lijken misschien eenvoudige taken, maar zijn echt heel complex en bevatten extreem fijne vinger- en handbewegingen.
gerelateerde inhoud
- Hoe robots het lab verlieten en mensen begonnen te helpen
Hoewel robots steeds meer betrokken raken bij fabriekswerk en bij een breed scala aan andere soorten taken - inclusief in de dienstverlenende sector en de gezondheidszorg - is hun behendigheid lang niet zo indrukwekkend. Omdat mensen ze meer dan 50 jaar geleden voor het eerst in autofabrieken brachten, hebben we robots gebouwd die onderdelen goed kunnen lassen, schilderen en assembleren. De beste robothanden van vandaag kunnen bekende voorwerpen oppakken en naar andere plaatsen verplaatsen, zoals producten uit magazijnbakken halen en in dozen stoppen.
Maar robots kunnen een handgereedschap niet goed oriënteren, bijvoorbeeld door een kruiskopschroevendraaier in lijn te brengen met de groeven op een schroef of een hamer op een spijker te richten. En ze kunnen absoluut niet twee handen tegelijk op gedetailleerde manieren gebruiken, zoals het vervangen van de batterijen in een afstandsbediening.
Menselijke handen zijn uitstekend in die taken en nog veel meer. Om zelfs in de buurt te komen van wat onze handen gemakkelijk kunnen, hebben robothanden betere behendigheid, betrouwbaarheid en kracht nodig - en ze moeten nauwkeuriger kunnen detecteren en nog fijner kunnen bewegen dan nu, om erachter te komen wat ze ' opnieuw vasthouden en het beste vasthouden. Opdat robots naast mensen kunnen werken, moeten we erachter komen hoe we robots kunnen maken die ons letterlijk een handje kunnen helpen als onze eigen twee niet genoeg zijn.
Mijn onderzoeksgroep aan de Northeastern University werkt hieraan precies, in het bijzonder voor humanoïde robots zoals Valkyrie van NASA, die drie vingers en een duim aan elke hand heeft. Elk cijfer heeft knokkelachtige gewrichten en elke hand heeft een pols die gemakkelijk kan roteren. We werken aan het maken van bewegingen - combinaties van arm-, pols-, vinger- en duimbewegingen die samen een taak volbrengen, zoals een sleutel in een cirkel verplaatsen om een bout vast te draaien of een kar van de ene plaats naar de andere trekken.
Elk van deze industriële robots heeft meerdere gespecialiseerde gereedschappen. Kunnen veel van hun taken worden uitgevoerd door robothanden? (Steve Jurvetson / flickr, CC BY) Het belang van handen
In plaats van van elke robot een machine op maat te maken die is aangepast voor een zeer specifieke taak, moeten we robots voor meerdere doeleinden ontwerpen, of zelfs zulke capabele machines dat ze "algemeen gebruik" kunnen worden genoemd - goed voor bijna elke taak. Een sleutel tot het succes van dit soort robots zijn uitstekende handen.
Ons werk is gericht op het ontwerpen van een nieuwe klasse aanpasbare robothanden die in staat zijn om precieze fijne bewegingen en autonoom grijpen. Wanneer robots in staat zijn om spijkers in te hameren, batterijen te vervangen en andere soortgelijke bewegingen te maken - basis voor mensen maar zeer complex voor robots - zijn we goed op weg naar mensachtige behendigheid in robothanden.
Om dit doel te bereiken, moeten ook nieuwe ontwerpen worden bedacht met harde en zachte elementen - de manier waarop menselijk bot kracht geeft aan een grip, waarbij de huid de druk verspreidt zodat een wijnglas niet verbrijzelt.
Snellere ontwikkeling en testen
Moderne technologische verbeteringen maken het ontwikkelingsproces eenvoudiger. Met 3D-printen kunnen we heel snel prototypes maken. We kunnen zelfs goedkope wegwerpcomponenten maken om verschillende regelingen van mechanismen te proberen, zoals grijpers met twee of drie vingers voor eenvoudige pick-and-place-taken of antropomorfe robothanden voor meer delicate bewerkingen.
Verschillende soorten handen op een NASA Valkyrie-robot. (Northeastern University, CC BY-ND) Naarmate elektronische camera's en sensoren kleiner worden, kunnen we ze op nieuwe manieren integreren. Als we bijvoorbeeld druksensoren en camera's in een robothand plaatsen, kunnen deze feedback geven aan de robotcontroller (menselijk of geautomatiseerd) wanneer een grip veilig is of als er iets begint te slippen. Op een dag kunnen ze misschien detecteren in welke richting het uitglijdende object beweegt, zodat de robot het kan vangen.
Deze vaardigheden zijn al een tweede natuur voor de mens door visie en proprioceptie (het vermogen om de relatieve posities van lichaamsdelen te voelen zonder ernaar te kijken of erover na te denken). Als we ze eenmaal in robots kunnen bereiken, kunnen ze dingen doen als detecteren of een greep te sterk is en een voorwerp te hard knijpt.
Gecoördineerde bewegingen plannen
Een andere mijlpaal is het ontwikkelen van methoden voor robots om erachter te komen welke bewegingen ze in realtime moeten maken, inclusief het voelen wat er op elk moment in hun handen gebeurt. Als een robothand veranderingen kan detecteren in objecten die worden behandeld, of items manipuleren terwijl ze worden vastgehouden, kunnen ze helpen met die veel voorkomende handmatige taken zoals knopen leggen en strippen.
Samenwerken met twee handen is zelfs nog verder in de toekomst, hoewel het een aanzienlijke boost zou geven, met name voor de productie. Een robot die een boor met twee handen kan bedienen of machineonderdelen van de ene naar de andere hand kan doorgeven, zou grote verbeteringen zijn, waardoor fabrieken nog meer stappen in hun processen kunnen automatiseren.
Is dit de robot van de toekomst? (NASA) Wij mensen hebben deze systemen nog niet ontwikkeld. Het bereiken van mensachtige autonome robotvaardigheid zal roboticaonderzoekers, technologen en innovators in de nabije toekomst bezig houden. Het zal de lopende robotrevolutie in de productie niet vertragen, omdat de huidige processen nog steeds veel ruimte hebben voor automatisering om de veiligheid, snelheid en kwaliteit te verbeteren. Maar als we robots nog beter maken, kunnen ze ons een handje helpen.
Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation.
Taskin Padir, universitair hoofddocent elektrotechniek en computertechnologie, Northeastern University
