Un capteur tactile miniaturisé basé sur la vision et basé sur des faisceaux de fibres optiques
Des chercheurs de Meta AI, de l'Université de Stanford, de Technische, de l'Universität Dresden et du Centre allemand de recherche sur le cancer (DFKZ) ont récemment développé DIGIT Pinki, un capteur de taille miniature capable de détecter des informations tactiles. Ce capteur, présenté dans un article publié sur le serveur de préimpression arXivpourrait être intégré dans les nouvelles technologies médicales et les systèmes robotiques.
« Cet article a commencé par un stage de recherche chez Meta AI avec Roberto Calandra et Mike Lambeta, mais s'est finalement transformé en une collaboration de recherche entre Meta, l'Université de Stanford, la Technische Universität Dresden et le Centre allemand de recherche sur le cancer (DFKZ) », Julia Di, co -auteur de l'article, a déclaré à Tech Xplore.
« Nous nous intéressons principalement à la science de la numérisation du toucher pour les robots. Avec le DIGIT Pinki, nous voulions étudier comment construire des capteurs dotés de capacités tactiles ressemblant à celles des humains, mais sous la forme d'un doigt humain. »
DIGIT Pinki, le capteur créé par Di et ses collègues, s'appuie sur les modèles de capteurs tactiles introduits ces dernières années, tels que les capteurs DIGIT et OmniTact. Cependant, pour créer leur appareil, Di et ses collègues ont également revisité des idées de conception plus anciennes introduites dans les années 1980, notamment celles décrites dans un article fondateur de S. Begej.
« DIGIT Pinki est un type de capteur tactile basé sur la vision qui utilise les images d'une caméra miniature pour ressentir le toucher », a expliqué Di. « Habituellement, ces types de capteurs sont constitués d'un bout de doigt en gel optiquement transparent. Lorsque ces bouts de doigt en gel touchent un objet ou l'environnement, une caméra interne dotée de lumières prend des images des déformations résultantes dans le gel. »
Les chercheurs ont entraîné un algorithme d'apprentissage automatique sur les déformations du gel du capteur, produites lorsque le capteur entre en contact avec un objet. L'algorithme entraîné peut apprendre avec précision des informations tactiles, telles que les forces de contact avec un objet, à partir des données d'image collectées par le capteur. Ces informations tactiles pourraient ensuite être utilisées par un robot ou un appareil pour effectuer des tâches de manipulation.
« Notre innovation consistait à réduire les capteurs en utilisant des faisceaux de fibres optiques pour relayer l'image vers une caméra située à distance, de la même manière que les premiers endoscopes utilisaient des faisceaux de fibres optiques pour l'imagerie », a déclaré Di. « En éloignant l'électronique du bout du doigt en gel, nous pourrions réduire considérablement le bout du doigt en gel. L'un des avantages de cette conception est que le bout du doigt en gel est non magnétique et ne contient aucun élément électronique, une aubaine pour toutes les tâches dans les applications médicales comme à l'intérieur du corps. ou dans un appareil IRM.
Les travaux récents de cette équipe de chercheurs démontrent la faisabilité de miniaturiser les capteurs tactiles basés sur la vision à l'aide de faisceaux de fibres optiques. Suite à la conception proposée, Di et ses collègues ont créé un prototype de capteur avec un diamètre de pointe de 15 millimètres, soit approximativement la taille moyenne du bout de l'index d'une femme ou la taille des 5 % inférieurs d'un index masculin.
Notamment, ce bout de doigt artificiel et sensible est en silicone et ne contient aucun composant électronique ou magnétique sensible. Cela signifie qu’il pourrait être introduit en toute sécurité dans le corps humain et pourrait donc être intéressant pour des applications médicales.
« Une application concrète d'un capteur mince et sensible est le diagnostic du cancer dans des espaces restreints, par exemple la palpation numérique lors d'examens rectaux ou cervicaux de routine », a expliqué Di. « Les nodules cancéreux étant un peu plus rigides que les tissus sains, les cliniciens peuvent sentir les excroissances cancéreuses du bout des doigts comme méthode de diagnostic.
« Dans l'article, nous présentons des résultats préliminaires montrant que DIGIT Pinki fait la distinction entre les tissus sains et malsains sur des fantômes de qualité médicale (simulations de tissus réels) et sur le tissu prostatique postérieur ex vivo (la partie de la prostate qui serait ressentie lors d'un examen clinique). ). »
Les résultats des tests préliminaires de l'équipe suggèrent que DIGIT Pinki pourrait être utilisé pour développer de nouvelles technologies médicales, notamment des dispositifs capables de détecter des anomalies tissulaires à l'intérieur du corps humain. En outre, le capteur pourrait être utilisé pour développer de nouveaux systèmes robotiques, tels que des doigts artificiels fins et sensibles qui permettent aux robots de manipuler des objets avec une plus grande dextérité et même d'utiliser des ciseaux ou d'autres outils nécessitant l'application de forces contrôlées sur un emplacement contraint.
« Dans l'immédiat, nous travaillons à étendre cette technologie à d'autres applications médicales, par exemple pour palper le col de l'utérus », a ajouté Di. « Ce serait passionnant d'avoir également ce genre de bouts de doigts très sensibles sur des mains prothétiques. Nous souhaitons également découvrir comment utiliser l'intelligence artificielle pour interpréter les signaux tactiles à des fins de manipulation. »
