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30 Jan, 2024

Des robots au bout des doigts aussi sensibles que l’homme grâce à une percée technologique

Des robots au bout des doigts aussi sensibles que l’homme grâce à une percée technologique

Les chercheurs affirment que leur approche pourrait déboucher sur des mains robotisées dont la sensibilité du bout des doigts serait comparable à celle de l’homme.

Des chercheurs ont relevé un défi majeur dans le domaine de la robotique biomimétique en mettant au point un capteur qui, assisté par l’intelligence artificielle, peut glisser sur un texte en braille et le lire avec précision à une vitesse deux fois supérieure à celle de l’homme. Cette technologie pourrait être incorporée dans des mains de robots et des prothèses, offrant une sensibilité du bout des doigts comparable à celle de l’homme.

Le bout des doigts humains est incroyablement sensible. Ils peuvent communiquer les détails d’un objet aussi petit que la moitié de la largeur d’un cheveu humain, discerner les différences subtiles dans les textures de surface et appliquer la bonne quantité de force pour saisir un œuf ou un sac de 9 kg de nourriture pour chien sans glisser.

Comme les peaux électroniques de pointe commencent à intégrer de plus en plus de fonctionnalités biomimétiques, le besoin d’interactions dynamiques de type humain, comme le glissement, devient de plus en plus essentiel. Toutefois, il s’est avéré difficile de reproduire la sensibilité du bout du doigt humain dans un équivalent robotique, malgré les progrès réalisés dans le domaine de la robotique douce.

Des chercheurs de l’université de Cambridge, au Royaume-Uni, ont fait un pas de plus vers la réalité en adoptant une approche qui utilise des capteurs tactiles basés sur la vision combinés à l’intelligence artificielle pour détecter des caractéristiques à des résolutions et des vitesses élevées.

« La douceur du bout des doigts humains est l’une des raisons pour lesquelles nous sommes capables de saisir des objets avec la bonne pression », explique Parth Potdar, auteur principal de l’étude. « Pour la robotique, la souplesse est une caractéristique utile, mais il faut aussi beaucoup d’informations sur les capteurs, et il est difficile d’avoir les deux en même temps, surtout lorsqu’il s’agit de surfaces flexibles ou déformables.« 

Les chercheurs se sont fixé une tâche difficile : développer un capteur robotique « au bout du doigt » capable de lire le braille en glissant le long de la surface comme le ferait un doigt humain. C’est un test idéal. Le capteur doit être très sensible, car les points de chaque lettre représentative sont placés très près les uns des autres.

« Il existe des lecteurs de braille robotisés, mais ils ne lisent qu’une lettre à la fois, ce qui n’est pas le cas de la lecture humaine », explique David Hardman, coauteur de l’étude. « Les robots lecteurs de braille existants fonctionnent de manière statique : ils touchent un motif de lettres, le lisent, se retirent de la surface, se déplacent, s’abaissent sur le motif de lettres suivant, et ainsi de suite. Nous voulons quelque chose de plus réaliste et de beaucoup plus efficace ».

Les chercheurs ont donc créé un capteur robotique doté d’une caméra au bout du doigt. Conscients que le glissement du capteur entraîne un flou de mouvement, les chercheurs ont utilisé un algorithme d’apprentissage automatique formé sur un ensemble d’images statiques réelles qui avaient été rendues floues de manière synthétique afin de « dé-flouter » les images. Une fois le flou de mouvement éliminé, un modèle de vision par ordinateur a détecté et classé chaque lettre.

« Il s’agit d’un problème difficile pour les roboticiens, car il faut procéder à un traitement d’image important pour supprimer le flou de mouvement, ce qui prend du temps et de l’énergie », précise Parth Potdar.

L’intégration de l’algorithme d’apprentissage automatique entraîné a permis au capteur robotique de lire le braille à une vitesse de 315 mots par minute avec une précision de 87,5 %, soit deux fois la vitesse d’un lecteur humain et à peu près autant de précision. Les chercheurs affirment que c’est nettement plus rapide que les recherches précédentes, et que l’approche peut être mise à l’échelle avec plus de données et des architectures de modèles plus complexes pour obtenir de meilleures performances à des vitesses encore plus élevées.

« Si l’on considère que nous avons utilisé un faux flou pour entraîner l’algorithme, il est surprenant de constater à quel point il est précis dans la lecture du braille », souligne David Hardman. « Nous avons trouvé un bon compromis entre la vitesse et la précision, ce qui est également le cas avec les lecteurs humains.« 

Bien que le capteur n’ait pas été conçu pour être une technologie d’assistance, les chercheurs affirment que sa capacité à lire le braille rapidement et avec précision est de bon augure pour le développement de mains robotisées ou de prothèses dotées d’une sensibilité comparable à celle du bout des doigts humains. Ils espèrent faire évoluer leur technologie jusqu’à la taille d’une main ou d’une peau humanoïde.

« La vitesse de lecture du braille est un excellent moyen de mesurer les performances dynamiques des systèmes de détection tactile. Nos résultats pourraient donc s’appliquer au-delà du braille, pour des applications telles que la détection des textures de surface ou du glissement dans la manipulation robotique », lance Parth Potdar.

https://www.cam.ac.uk/research/news/robot-trained-to-read-braille-at-twice-the-speed-of-humans

https://ieeexplore.ieee.org/document/10410896