Faire confiance à un robot armé d’un couteau ? Votre attitude peut changer après avoir vu cela
Un simulateur de robot développé par les chercheurs de l’USC et de NVIDIA peut conduire à des machines capables de trancher avec précision des fruits, des légumes ou même des tissus humains.
L’idée d’un robot brandissant un couteau n’est peut-être pas si savoureuse. Cependant, les scientifiques ont récemment développé un simulateur pour aider ces machines à perfectionner leurs compétences de coupe pour trancher avec plus de précision non seulement divers aliments, mais aussi les tissus humains.euh.
Un étudiant chercheur du département d’informatique de l’Université de Californie du Sud (USC) s’est associé à NVIDIA pour développer le simulateur, appelé DiSECt. Le système fait des progrès dans la résolution d’un problème de longue date dans le développement robotique et a des implications pour l’invention de nouvelles machines et de robots chirurgicaux existants, ont déclaré les chercheurs.
Les chercheurs ont déclaré que les scientifiques ont généralement eu du mal à développer des robots intelligents capables de reproduire la découpe en raison de l’imprévisibilité de l’action et des objets à découper. En effet, les systèmes robotiques existants ont tendance à être orientés vers des mouvements répétitifs plutôt que vers des scénarios impliquant des variations, bien que la technologie de détection se soit améliorée pour permettre ces derniers.
Dans le cadre d’une approche à ce problème de coupe de longue date, l’équipe, dirigée par Eric Heiden, un Ph.D. en étudiant en informatique à l’USC–a introduit des ressorts entre les deux moitiés de l’objet à découper, représentés par un maillage, qui s’affaiblissent avec le temps proportionnellement à la force exercée par le couteau sur le maillage.
« Avec notre approche, nous pouvons régler automatiquement notre simulateur pour qu’il corresponde à différents types de matériaux », a-t-il déclaré dans un communiqué de presse. Heiden est également l’auteur principal d’un article présenté sur les travaux lors de la conférence Robotics: Science and Systems (RSS) 2021 en juillet, où il a reçu le prix du meilleur article étudiant.
« Le simulateur complète la méthode des éléments finis (FEM) avec un modèle de contact continu basé sur des champs de distance signés (SDF), ainsi qu’un modèle d’endommagement continu qui insère des ressorts sur les côtés opposés du plan de coupe et leur permet de s’affaiblir jusqu’à une rigidité nulle. pour modéliser la formation de fissures », selon l’article, dont les co-auteurs sont Miles Macklin, Yashraj S. Narang, Dieter Fox, Animesh Garg et Fabio Ramos de NVIDIA.
Tester les performances
Les chercheurs ont mené diverses expériences pour évaluer les performances du simulateur qu’ils ont décrites dans le document. Premièrement, ils ont démontré qu’il pouvait être calibré pour correspondre aux forces résultantes et aux champs de déformation à partir d’un solveur commercial de pointe et d’ensembles de données de coupe du monde réel, avec une généralité sur les vitesses de coupe et les instances d’objets.
Dans l’une de ces expériences, ils ont utilisé un ensemble de données de profils de force d’un robot physique pour produire des « prédictions très précises » de la façon dont le couteau se déplacerait dans des scénarios réels, a déclaré Heiden.
En plus des applications dans l’industrie agroalimentaire, où les robots pourraient prendre en charge des tâches dangereuses telles que la coupe répétitive, le simulateur pourrait améliorer la précision du retour haptique de la force dans les robots chirurgicaux, aidant ainsi les chirurgiens à guider et à prévenir les blessures.
« Ici, il est important d’avoir un modèle précis du processus de coupe et de pouvoir reproduire de manière réaliste les forces agissant sur l’outil de coupe lorsque différents types de tissus sont coupés », a déclaré Heiden dans un communiqué de presse.
L’équipe a également illustré que les paramètres de contrôle dans la simulation pouvaient être optimisés pour minimiser les forces de coupe via des mouvements de tranchage latéraux, ont-ils écrit dans l’article.
Le simulateur est une étape pour aider les roboticiens à combler « cet écart de réalité » car il peut ajuster automatiquement les paramètres de simulation à partir de mesures du monde réel, a déclaré Heiden.
Cet écart est un « défi important » qui doit être résolu si les robots atteignent leur potentiel d’application pour travailler pour et aux côtés des humains, a-t-il reconnu. « Sans cela, les robots pourraient ne jamais sortir de la simulation pour entrer dans le monde réel », a-t-il déclaré dans un communiqué de presse.
