為機(jī)器人開發(fā)高靈敏指尖，使其像人一樣感受環(huán)境

科幻網(wǎng)2月26日訊（朱曦薇）2月23日，《自然機(jī)器智能》雜志發(fā)表一篇論文，來自馬克斯·普朗克智能系統(tǒng)研究所（MPI-IS）的一組科學(xué)家，介紹一種堅(jiān)固而柔軟的觸覺傳感器，名為“Insight”。它使用計(jì)算機(jī)視覺和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來準(zhǔn)確估計(jì)物體與傳感器接觸的位置，以及施加的力有多大。此研究項(xiàng)目是朝著機(jī)器人能夠像人類和動物一樣準(zhǔn)確感受環(huán)境邁出的重要一步。

拇指形狀的傳感器由一個(gè)圍繞著輕質(zhì)硬骨架的軟殼制成，骨架支撐著結(jié)構(gòu)，就像骨骼穩(wěn)定了柔軟的手指組織一樣。外殼由彈性體制成，與深色但反光的鋁片混合，產(chǎn)生不透明的灰色，防止任何外部光線進(jìn)入。隱藏在這個(gè)手指大小的蓋子內(nèi)是一個(gè)微小的160度魚眼相機(jī)，在一圈LED燈的照耀下，記錄下彩色的圖像。

當(dāng)任何物體接觸傳感器的外殼時(shí)，傳感器內(nèi)顏色圖案的外觀會發(fā)生變化。相機(jī)每秒記錄多次圖像，并將這些數(shù)據(jù)提供給深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。算法甚至可以檢測到每個(gè)像素中最小的光線變化。

通過外殼的創(chuàng)新機(jī)械設(shè)計(jì)、內(nèi)部量身定制的成像系統(tǒng)、自動數(shù)據(jù)收集和尖端的深度學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)了這一卓越的傳感性能。獨(dú)特的混合結(jié)構(gòu)，即軟殼包裹著堅(jiān)硬的骨架，確保了高靈敏度和堅(jiān)固性。

為了讓傳感器進(jìn)行學(xué)習(xí)，研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)測試平臺，用于生成機(jī)器學(xué)習(xí)模型所需的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，以了解原始圖像像素的變化與施加的力之間的相關(guān)性。測試平臺探測了傳感器表面的所有位置，并將真實(shí)的接觸力矢量與傳感器內(nèi)的攝像機(jī)圖像一起記錄下來。通過這種方式，生成了大約20萬個(gè)測量值。

據(jù)悉，共花費(fèi)將近三周的時(shí)間來收集數(shù)據(jù)，又花費(fèi)一天時(shí)間訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型。在這么多不同接觸力的長期實(shí)驗(yàn)中幸存下來，Insight機(jī)械設(shè)計(jì)的穩(wěn)健性得到充分證明，而用更大的探頭進(jìn)行的測試顯示了傳感系統(tǒng)的通用性有多好。

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