Der Greifer des Roboters ist mit einem Gelsight-Sensor ausgestattet.

Der Greifer des Roboters ist mit einem Gelsight-Sensor ausgestattet.Melanie Gonick, MIT

Industrieroboter sind in der Lage, sehr präzise zu arbeiten, wenn die von ihnen zu bedienenden Objekte im Vorfeld richtig platziert sind. Laut Robert Platt, Assistenzprofessor für Informatik an der Northeastern University und Robotikexperte des Forschungsteams, ist es für einen Roboter schwierig, Dinge zu bedienen, die sich frei auf seinem Weg befinden. Diese Art der feinkörnigen Manipulation ist beispiellos.
„Viele Forscher haben das schon lange Zeit versucht“, erklärt Platt. „Sie hatten keinen Erfolg, weil die bisher genutzten Sensoren nicht genau genug arbeiten und nicht genügend Informationen besitzen, um die Position des gehaltenen Objekts zu lokalisieren.“

Der taktile Sensor ist eine Adaption einer Technologie namens Gelsight, entwickelt vom Labor von Edward Adelson, Professor für Vision Science am MIT. Der neue Sensor ist nicht ganz so empfindlich wie der Originale, der Details auf einer Millimeterskala auflösen kann. Allerdings ist der Neue kleiner, sodass er auf einen Robotergreifer passt, und sein Verarbeitungsalgorithmus läuft schneller, sodass er dem Roboter Feedback in Echtzeit geben kann.

Die Wahrnehmung ist das Ziel

Die vier zur mit metallic-Farbe behandelten Seite benachbarten Würfelseiten werden von verschiedenfarbigen LEDs bestrahlt. Die metallic-Seite reflektiert dieses Licht auf eine Kamera im Inneren des Würfels.

Die vier zur mit metallic-Farbe behandelten Seite benachbarten Würfelseiten werden von verschiedenfarbigen LEDs bestrahlt. Die metallic-Seite reflektiert dieses Licht auf eine Kamera im Inneren des Würfels.Melanie Gonick, MIT

Während die meisten taktilen Sensoren mechanische Messungen für mechanische Kräfte nutzen, nutzt der Sensor Optik und Computer-Vision-Algorithmen. „Ich begann, mich aufgrund meiner Kinder für Kontaktsensoren zu interessieren“, beschreibt Adelson. „Zuerst habe ich erwartet, dass mich besonders faszinieren würde, wie sie ihre Augen verwenden, aber am Ende war es interessanter zu sehen, wie sie ihre Finger nutzen. Dabei kam es mir in den Sinn, zu schauen, wie das mechanische, taktile Signal in ein visuelles Signal transformiert werden kann – denn wenn ich ein Bild habe, weiß ich auch, was ich damit tun kann.“
Ein Gelsight-Sensor – sowohl der ursprüngliche als auch die neue auf den Roboter angebrachte Version – besteht aus einer Platte aus transparentem, synthetischen Gummi, die auf einer Seite mit einem Metallic-Lack beschichtet ist. Der Gummi passt sich jedem Objekt an, auf das er gedrückt wird. Die Metallfarbe gleicht die reflektierenden Eigenschaften verschiedener Materialien aus, um präzise optische Messungen zu vereinfachen. Bei der neuen Vorrichtung ist das Gel in einem kubischen Kunststoffgehäuse angebracht. Nur die mit Farbe bedeckte Seite liegt frei. Die vier dem Sensor benachbarten Wände des Würfels sind lichtdurchlässig. Jede Seite wird von einem anderen, von LEDs an der Rückseite des Würfels emittierten farbigen Licht durchstrahlt – rot, grün, blau oder weiß. Wird das Gel verformt, reflektiert die metallic-farbene Oberfläche das Licht, das dann von einer Kamera aufgenommen wird, die auf derselben Würfelseite sitzt wie die LEDs.

Aus den unterschiedlichen Intensitäten des verschiedenfarbigen Lichtes können die von Adelsons Team entwickelten Algorithmen die dreidimensionale Struktur von Rippen oder Vertiefungen der Oberfläche, auf die der Sensor gedrückt wird, erkennen.
Obwohl es verschiedene Methoden gibt, um die menschliche taktile Schärfe zu messen, muss erst festgestellt werden, wie weit voneinander entfernt zwei kleine Unebenheiten sind, bevor ein Subjekt sie durch Berühren unterscheiden kann: in der Regel etwa einen Millimeter. Damit ist auch die weniger aufgelöste, auf den Roboter montierte Version des Sensors etwa 100-mal empfindlicher als ein menschlicher Finger.

Plug’n’play

Der Sensor erkennt durch taktile Messungen Mithilfe des Gels und dem reflektiertem Licht die Position und Richtung des Steckers.

Der Sensor erkennt durch taktile Messungen Mithilfe des Gels und dem reflektiertem Licht die Position und Richtung des Steckers.Melanie Gonick, MIT

In Platts Experimenten wurde ein Baxter-Roboter vom MIT- Ableger Rethink Robotics mit einem Zwei-Zangen-Greifer ausgestattet. An der Spitze einer der Zangen befand sich ein Gelsight-Sensor. Mit herkömmlichen Computer-Vision-Algorithmen konnte der Roboter den hängenden USB-Stecker erkennen. Dann bestimmte er die Position des Steckers mithilfe des geprägten USB-Symbols. Obwohl es eine Abweichung von drei Millimetern in zwei Richtungen gab, konnte der Roboter die Position des Steckers genau bestimmen und ihn in einen USB-Anschluss stecken, der nur einen Fehler von einem Millimeter tolerierte.