Un robot entraîné à lire le braille deux fois plus vite que les humains
Les chercheurs ont développé un capteur robotique qui intègre des techniques d’intelligence artificielle pour lire le braille à des vitesses environ deux fois supérieures à celles de la plupart des lecteurs humains.
L’équipe de recherche de l’Université de Cambridge a utilisé des algorithmes d’apprentissage automatique pour apprendre à un capteur robotique à glisser rapidement sur des lignes de texte en braille. Le robot était capable de lire le braille à une vitesse de 315 mots par minute avec une précision proche de 90 %.
Bien que le lecteur robot braille n’ait pas été développé comme une technologie d’assistance, les chercheurs affirment que la haute sensibilité requise pour lire le braille en fait un test idéal pour le développement de mains de robot ou de prothèses ayant une sensibilité comparable à celle du bout des doigts humains. Les résultats sont rapportés dans la revue Lettres IEEE sur la robotique et l’automatisation.
Le bout des doigts humains est remarquablement sensible et nous aide à recueillir des informations sur le monde qui nous entoure. Le bout de nos doigts peut détecter d’infimes changements dans la texture d’un matériau ou nous aider à connaître la force à utiliser pour saisir un objet : par exemple, ramasser un œuf sans le casser ou une boule de bowling sans la laisser tomber.
Reproduire ce niveau de sensibilité dans une main robotique, de manière économe en énergie, constitue un défi d’ingénierie de taille. Dans le laboratoire du professeur Fumiya Iida du département d’ingénierie de Cambridge, les chercheurs développent des solutions à cette compétence et à d’autres que les humains trouvent faciles, mais que les robots trouvent difficiles.
« La douceur du bout des doigts humains est l’une des raisons pour lesquelles nous sommes capables de saisir les objets avec la bonne pression », a déclaré Parth Potdar du département d’ingénierie de Cambridge et étudiant de premier cycle au Pembroke College, premier auteur de l’article. « Pour la robotique, la douceur est une caractéristique utile, mais vous avez également besoin de nombreuses informations de capteur, et il est difficile d’avoir les deux à la fois, surtout lorsqu’il s’agit de surfaces flexibles ou déformables. »
Le braille est un test idéal pour le « bout du doigt » d’un robot, car sa lecture nécessite une sensibilité élevée, car les points de chaque motif de lettre représentatif sont très rapprochés. Les chercheurs ont utilisé un capteur disponible dans le commerce pour développer un lecteur braille robotique qui reproduit plus précisément le comportement de lecture humain.
« Il existe des lecteurs robotiques de braille, mais ils ne lisent qu’une lettre à la fois, ce qui n’est pas le cas des humains », a déclaré le co-auteur David Hardman, également du Département d’ingénierie. « Les lecteurs robotiques de braille existants fonctionnent de manière statique : ils touchent un motif de lettre, le lisent, s’arrachent de la surface, se déplacent, s’abaissent sur le motif de lettre suivant, et ainsi de suite. Nous voulons quelque chose de plus réaliste et de bien plus efficace. « .
Le capteur robotique utilisé par les chercheurs possède une caméra au « bout du doigt » et lit en utilisant une combinaison des informations de la caméra et des capteurs. « Il s’agit d’un problème difficile pour les roboticiens, car de nombreux traitements d’images doivent être effectués pour supprimer le flou de mouvement, ce qui prend du temps et de l’énergie », a déclaré Potdar.
L’équipe a développé des algorithmes d’apprentissage automatique afin que le lecteur robotique puisse « supprimer le flou » des images avant que le capteur ne tente de reconnaître les lettres. Ils ont entraîné l’algorithme sur un ensemble d’images nettes en braille avec un faux flou appliqué. Une fois que l’algorithme a appris à supprimer le flou des lettres, ils ont utilisé un modèle de vision par ordinateur pour détecter et classer chaque caractère.
Une fois les algorithmes intégrés, les chercheurs ont testé leur lecteur en le faisant glisser rapidement le long de rangées de caractères braille. Le lecteur braille robotique pouvait lire à 315 mots par minute avec une précision de 87 %, soit deux fois plus rapide et à peu près aussi précis qu’un lecteur braille humain.
« Considérant que nous avons utilisé un faux flou pour entraîner l’algorithme, il était surprenant de voir à quel point il était précis dans la lecture du braille », a déclaré Hardman. « Nous avons trouvé un bon compromis entre vitesse et précision, ce qui est également le cas avec les lecteurs humains. »
« La vitesse de lecture du braille est un excellent moyen de mesurer les performances dynamiques des systèmes de détection tactile. Nos résultats pourraient donc être applicables au-delà du braille, pour des applications telles que la détection de textures de surface ou de glissements dans la manipulation robotique », a déclaré Potdar.
À l’avenir, les chercheurs espèrent étendre cette technologie à la taille d’une main ou d’une peau humanoïde.