Meta柔性触觉研究:基于电磁传感,成本仅6美元

2021-11-23 18:10:33来源:青亭网


为提升AR/VR交互的自然感,Meta为Quest头显加入手势识别技术,希望通过五指的自然输入来代替手柄。这样做不仅能提升AR/VR的沉浸感,对于新用户也更友好。尽管如此,基于光学的手势识别方案通常难以识别手指触碰虚拟物体时,产生的细微压力变化。因此,对准确性要求极高的工业、企业VR培训场景通常会用触觉手套来追踪手势。

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实际上,现有的触觉手套方案难以规模化,依然受到成本、耐用性、使用门槛、体积和重量等因素限制。而为了解决这一问题,Meta的AI科研人员与卡内基梅隆大学合作,研发并开源了全新的触觉感知AI“皮肤”ReSkin。据悉,ReSkin的特点是方便替换、低成本、场景通用、耐用,厚度仅2到3毫米。

除了ReSkin的设计方案外,科研人员还公布了相关论文、代码和基础模型,通过提供一系列触觉数据,帮助其他科研人员加速AI算法的训练过程。

Meta表示:触觉是人们感知世界的重要方式,我们可以通过触觉来感知物体的重量、材质(软、硬)、结构等特征。此外,我们也通过触觉来完成穿鞋、做饭等一系列日常活动。而对于AI、机器人来讲,目前在视觉、听觉方面的识别效果比触觉更加成熟。

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而市面上用来训练AI的触觉感知数据有限,限制了相关的技术发展。因此Meta面向主要面向科研人员开源ReSkin,目的是帮助科研人员快速、大规模深化AI的触觉感知能力,并收集更丰富的AI触觉感知数据。

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纽约大学计算机科学助教LerrelPinto表示:机器人学科的一项关键技术瓶颈,就是需要寻找性能稳定的触觉感知方案。现有的传感器不是成本太高,就是分辨率太低,而定制的机器人结构通常比较笨重。而ReSkin将有望解决上述部分问题,比如由于其外形轻薄,容易与抓取式机器手集成。

总体来讲,ReSkin从三大方面解决了上述问题:

  • 1)ReSkin基于电磁传感,这意味着信号传输无需通过电线,使用近距离的磁力计即可。此外,ReSkin的结构将内部电路与被动的无源接口分开,因此替换磨损的部分更方便,比普通的柔性传感器效率更高。
  • 2)ReSkin并非基于单一传感器,它可以利用多个传感器提供的数据,来提升AI模型的环境测绘功能。因此,科研人员用高度多样性的数据来训练ReSkin的模型,以提升输出数据的效率和通用性。
  • 3)经过自我监督式学习,ReSkin的传感器可以根据少量未标记数据,来进行自动微调。因此校正过程更方便。科研人员表示:ReSkin可以根据未标记数据中的相对位置来进行微调,原理是在三个接触点中距离最接近的两点,可能会用于相似的触觉信号。

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低成本、耐用:制造一百件的成本为每件6美元以下,产量越高成本还将越低。另一方面,ReSkin也足够耐用,支持5万次以上交互,而且采样率最高可达400Hz,误差仅1毫米,准确率90%。磨损达到一定程度后,也可以轻松更换。

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科研人员表示:耐用、低成本的柔性传感器形态,使得ReSkin成为机器手、触觉手套、宠物鞋垫的理想材质。也就是说,配备ReSkin的这些设备,可以帮助科研人员手机触觉数据,用来培训AI模型。而在此之前,采集相关数据很难,甚至不可能。

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此外,还测试用机器人抓手来抓取蓝莓、葡萄等易变形的物体,并对比使用ReSkin和使用自带力传感器的区别,发现利用ReSkin动态识别触觉后,可有效避免抓力过大造成物体变性能。此外,在替换新的柔性传感器后,ReSkin方案无需额外的调整即可立即使用,效果足够稳定。

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同时,ReSkin也可以用于野外测试场景,其紧凑的设计意味着足够便携,因此可以作为小狗的鞋底,追踪小狗在野外行走、跑步、休息时的运动数据。

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还可以实时测试细微的触觉力反馈,比如可以将ReSkin集成在手套上,追踪用手包包子的力量变化,效果足够好。

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而为了测试ReSkin规模化的效果,科研人员将8个传感模组连接在一起,发现增加传感器可增加追踪区域,可识别手指在传感器任意区域施加的压力。也就是说,未来可以用ReSkin传感器覆盖整个手套,用于提升机器人或体感手套的触觉感知能力。

接下来,除了ReSkin方案Meta还将开源相关的生态系统,包括高分辨率触觉硬件DIGIT、触觉模拟器TACTO、测试基准PyTouch和数据集。这样做的目的是,鼓励其他科研人员以此为基础在不同的场景中训练AI对触觉的感知能力,进一步推动AI技术发展。而纽约大学Pinto的团队也将继续探索ReSkin在实验室机器人上的应用。参考:FB

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