로봇의 손은 손가락 끝으로 '볼 때' 촉각을 구현할 수 있다

로봇의 손은 손가락 끝으로 ‘볼 때’ 촉각을 구현할 수 있다

지금까지 로봇이 잘하지 못했던 "촉각"을 손끝으로 구현하는 기술이 등장했습니다. 핵심은 포토 다이오드와 LED에 의한 빛의 양 변화를 감지하는 것입니다. 로봇은 이미 여러 면에서 인간보다 우월합니다. 강력하고 일관되며 점심 시간이 필요하지 않습니다. 그러나 감각 이라는 면에서는 로봇이 여전히 어려움을 겪고 있습니다. 로봇 혀에 대한 연구가 발전하고 있지만 맛을 느낄 수 없으며 로봇 핸들의 촉감이 쉽게 발전되지 않고 있습니다. 접시 나 두개골을 다치게 하고 싶지 않다면 특히 촉각에 대해 진지하게 생각할 필요가 있습니다. 이러한 상황에서 콜럼비아 대학교 연구소는 로봇이 냄새를 맡는 이상하지만 영리한 방법을 개발했습니다. 여기서 이것을 "빛의 손가락"이라고 부릅시다. 광 검출기 역할을 하는 32 개의 포토 다이오드와 30 개의 인접한 LED가 3D 프린팅 된 로봇 골격에 통합되어 있습니다. 골격을 부드러운 반사 실리콘 스킨으로 덮음으로써 장치 자체의 빛과 외부의 빛이 명확하게 분리됩니다. 로봇의 손가락이 물체에 닿으면 부드러운 외관이 변형되고 골격 내부의 포토 다이오드가 LED 조명 수준의 변화를 감지합니다. 이것은 손가락이 닿는 위치와 압력을 알려줍니다. 즉, 이 로봇의 손은 누군가의 손을 흔들 때 전통적인 의미에서 "느끼는"것이 아니라 "보는"것입니다. 로봇 공학 연구자들은 로봇에 촉각을 제공하는 방법을 수십 년 동안 연구 해 왔습니다. 가장 기본적인 방법은 변환기를 사용하여 압력을 전기 신호로 변환하는 것입니다. 그러나 콜롬비아 대학의 로봇 공학 연구원 인 Matei Chokary에 따르면 “과거에는 극복하기 어려웠던 허점이 있다. 이것은 터치 센서를 만드는 것이 손가락을 만드는 것과 똑같지 않다는 것을 의미한다.” 라고 합니다. 단단한 변환기가 테이블에 단단히 부착되어있는 한 모든 유형의 와이어를 자유롭게 라우팅 할 수 있습니다. 그러나 부서지기 쉬운 새끼 손가락으로 모든 것을 유지하는 것은 항상 어려운 일이었습니다. 결국 로봇은 물체를 느끼고 들기 위해 유연한 손가락이 필요합니다. 손가락이 부드러워야만 대상을 단단히 잡을 수 있습니다. 따라서 로봇 공학 연구자들은 해결 방법을 찾아야 했습니다. 예를 들어, SynTouch라는 회사는 먼저 전극으로 덮여 있고 부드러운 피부로 덮여있는 손가락을 개발했습니다. 생리 식염수가 피부와 전극 사이에 주입됩니다. 누군가 그 손가락을 만지면 전극은 생리 식염수를 사용하여 저항의 변화를 감지하고 접촉 위치와 힘을 기록합니다. 콜럼비아 대학교의 연구팀이 개발 한 새로운 손가락도 같은 방식으로 작동합니다. 하지만 여기에서 사용하는 것은 전극과 생리 식염수가 아니라 LED와 포토 다이오드입니다. 첫째, 누군가가 손가락을 밀면 모든 포토 다이오드가 받는 빛의 양의 변화를 검사합니다. 이는 부딪치는 지점 근처의 포토 다이오드가 큰 변화를 감지하고 손가락 뒷면의 포토 다이오드가 작은 변화를 감지하기 때문입니다. 32 개의 포토 다이오드와 30 개의 LED를 곱하면 960 개의 신호가 생성되므로 시스템이 수신하는 정보가 상세합니다. 한번 밀어서 얻을 수 있는 데이터의 양은 엄청납니다. 이 시스템을 개발 한 Chocurry는 다음과 같이 설명합니다. "이 1,000 개 정도의 신호에서 분석적으로 정보를 추출하는 것은 매우 어렵습니다. 최신 머신 러닝 없이는 불가능할 것입니다." 머신 러닝은 시스템 튜닝 단계에서 그 힘을 보여주기 시작합니다. 그 손가락이 위로 향하도록 테이블에 붙이고 다른 로봇 팔로 임의의 지점을 겨냥한 다음 일정한 압력으로 정확하게 밀어 넣으면 로봇 팔이 찌르는 손가락 부분을 정확히 알기 때문에 포토 다이오드가 각 지점에서 다른 빛을 감지하는 방법을 볼 수 있습니다 (압력이 감지되면 빨간색으로 표시되는 형식을 적용하였으며 세게 밀면 점이 커지기 때문에, 미는 작용의 위치와 힘을 확인할 수 있음). 각 호출에 대해 많은 양의 데이터가 수집되지만 기계 학습을 사용하여 모든 것을 처리 할 수 있는 메커니즘입니다. Chocully는 말합니다. “우리가 이 분야에서 기계 학습을 실제로 사용할 수 있게 된 지 약 5년이 되었기 때문에 그 동안은 이런 부분이 누락되었습니다. "이러한 많은 수의 광신호에 대해 기계 학습이라는 기술을 사용할 수 있게 되면서 거기에 존재하는 정보를 해독 할 수 있게 되었습니다." 인간은 촉각을 사용하는 법을 배우고 이 시스템은 그것을 모방합니다. 인간은 어렸을 때 얻을 수 있는 모든 것을 파악하고 물건의 느낌에 대한 기억을 축적합니다. 성인기에도 뇌는 사물의 감각을 계속 분류합니다. 예를 들어, 그는 차를 운전하면서 좌회전을 할 때 그립이 느끼는 저항의 양과 망치로 못을 칠 때의 힘의 양을 기억합니다. 컬럼비아 대학교의 전기 공학 교수 인 Janice Kimisis는 말합니다. “누군가의 몸에 발을 들여 놓더라도 운동 기술에 대한 모든 것을 다시 배워야 합니다. 이것은 뇌 가소성의 이점 중 하나입니다. 뇌졸중이 있고 뇌의 절반이 작동하지 않아도 다시 배울 수 있으며 다시 작동합니다." 하지만 이 새로운 로봇 손가락에는 한계가 있습니다. 물체에 가해지는 압력은 측정 할 수 있지만 로봇의 손가락은 온도, 촉감 등 많은 양의 데이터를 얻을 수 없습니다. 그러나 흥미롭게도 연구원들은 센서가 로봇의 손가락이 "미끄러지는"소리를 "들을"수 있다고 믿습니다. 즉, 로봇의 손가락이 표면을 미끄러지듯 움직일 때의 움직임은 소리에 의해 구별됩니다. "물건이 미끄러지면 약간의 소리가납니다. 귀를 테이블에 대고 손가락을 테이블에 대면 알 수 있습니다."라고 Kimisis는 설명합니다. 예를 들어, 젖은 머그잔이 있다면 이것은 미끄러지기 시작하는 작은 시작점입니다. 컵과 접촉하는 손바닥 전체에 걸쳐 확장되고 컵은 잡은 손에서 미끄러집니다. 이 새로운 손가락을 로봇의 손에 붙이면 미끄러지는 물체의 소리를 듣고 미끄러지는 동작이 손으로 전파되기 전에 잡는 방식을 수정할 수 있습니다. 이 연구의 관심은 인간 생물학에서 영감을 얻으면서 인간과는 분명히 다른 방식으로 감각 입력을 처리한다는 것입니다. 인간의 손가락은 신경으로 "느끼지만" 이 새로운 로봇 손가락은 물체를 "본다". 그리고 언젠가 그들은 물체의 표면과의 접촉을 "듣게"될 것입니다. 미래에 이러한 기술은 인간 세계에서 물체를 처리 할 수 있는 로봇의 실현으로 이어질 수 있습니다. 실제로 이러한 로봇은 인간과 동일한 시각적 및 촉각 감각을 가질 것입니다. 둘 다 사용할 수 있는 기능은 개체가 많은 복잡한 환경과 개체를 직접 볼 수 없는 상황에서 특히 유용합니다. 지저분한 서랍에 손을 넣었다고 상상해보십시오. 처음 사용하는 느낌은 시각이지만 서랍을 깊이 파고 들어 찾고 있는 것에 가까워지려면 촉각으로 전환해야 합니다. 로봇도 같은 문제를 겪을 것입니다. 찾고 있는 물체가 많은 물체 아래에 있으면 로봇 팔이 잡을 물체를 찾지 못할 수 있습니다. 그런 상황에서는 찾고 있는 내용을 볼 수 없습니다. 로봇이 현실 세계에서 사물을 조작 할 수 있으려면 시각적 감각과 촉각 감각을 자유롭게 전환 할 수 있는 능력이 필요합니다. 버클리에 있는 캘리포니아 대학의 Ken Goldberg는 다음과 같이 말했습니다 “접촉에 의한 감각은 특히 물체가 로봇의 손 뒤에 있고 보는 것이 불가능할 때 로봇이 기능하는 데 도움이 됩니다. 그에 따르면 이 새로운 시스템은 고무 전극을 덮어 접촉을 감지 할 수 있게 했던 이전 로봇의 손가락에 비해 큰 발전이라고 합니다. 예를 들어 로봇이 다른 물체와 접촉하고 있는지 확인하기 위해 이전 로봇의 손가락, 그 끝의 고무 전극을 통해 수집 된 데이터는 제한적이었습니다. 빛의 힘을 사용하여 새로운 로봇의 손가락은 접촉하는 모든 것에 대한 자세한 정보를 제공 할 수 있습니다. 로봇이 인간의 손만큼 민감해지기까지는 갈 길이 먼 단계입니다. 하지만 이 똑똑한 새 손가락은 확실하고 정확한 반응을 느낄 수 있으며 발전 가능성이 충분합니다.