Un bras robotisé « ressent » grâce au son
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Les robots agricoles pourraient aider les agriculteurs à récolter leurs aliments dans des conditions environnementales difficiles, notamment face à la hausse continue des températures. Cependant, créer des bras robotisés abordables capables de naviguer avec élégance et précision dans l'épais réseau de branches et de troncs des plantes peut s'avérer complexe.
Dans une étude récente, des chercheurs ont développé un système de détection , appelé SonicBoom, qui permet aux robots autonomes d'utiliser le son pour détecter les objets qu'ils touchent. Cette approche, capable de localiser ou de « sentir » précisément les objets rencontrés avec une précision centimétrique, est décrite dans une étude publiée le 2 juin dans IEEE Robotics and Automation Letters .
Moonyoung (Mark) Lee est étudiant en cinquième année de doctorat à l'Institut de robotique de l'Université Carnegie Mellon , il a participé au développement de SonicBoom. Il souligne que de nombreux robots autonomes s'appuient actuellement sur un ensemble de minuscules capteurs tactiles à caméra. Ces mini-caméras, placées sous un gel protecteur recouvrant la surface du robot, permettent aux capteurs d'estimer visuellement la déformation du gel pour obtenir des informations tactiles. Cependant, cette approche n'est pas idéale en milieu agricole, où les branches risquent de masquer les capteurs visuels. De plus, les capteurs à caméra peuvent être coûteux et facilement endommagés dans ce contexte.
Une autre option serait d'utiliser des capteurs de pression , note Lee, mais ceux-ci devraient couvrir une grande partie de la surface du robot pour détecter efficacement le contact avec les branches. « Imaginez recouvrir toute la surface du bras du robot avec ce type de capteur. Ce serait coûteux », dit-il.
Lee et ses collègues proposent plutôt une approche totalement différente, qui s'appuie sur le son pour la détection. Le système utilise un ensemble de microphones de contact , qui détectent le contact physique sous forme de signaux sonores se propageant à travers les matériaux solides.
Comment fonctionne SonicBoom ?
Lorsqu'un bras robotisé touche une branche, les ondes sonores générées par le bras robotisé se propagent le long de celui-ci jusqu'à atteindre le réseau de microphones de contact. De minuscules différences de propriétés des ondes sonores (comme l'intensité et la phase du signal) entre les microphones permettent de localiser l'origine du son, et donc le point de contact.
Dans cette vidéo, voyez SonicBoom en action lors de tests en laboratoire. youtu.be
Lee souligne que cette approche permet d'intégrer les microphones plus profondément dans le bras robotisé. Ils sont ainsi moins susceptibles d'être endommagés que les capteurs visuels traditionnels situés à l'extérieur d'un bras robotisé. « Les microphones de contact peuvent être facilement protégés des contacts très agressifs et abrasifs », explique-t-il.
De plus, l’approche utilise une petite poignée de microphones dispersés sur le bras robotique, plutôt que de nombreux capteurs visuels ou de pression qui le recouvrent de manière plus dense.
Pour aider SonicBoom à mieux localiser les points de contact, les chercheurs ont utilisé un modèle d'IA, entraîné à partir de données recueillies en tapotant le bras robotique plus de 18 000 fois avec une tige en bois. SonicBoom a ainsi pu localiser le contact sur le bras robotique avec un taux d'erreur de seulement 0,43 cm pour les objets qu'il était censé détecter. Il a également pu détecter de nouveaux objets, par exemple en plastique ou en aluminium, avec un taux d'erreur de 2,22 cm.
Dans une étude ultérieure en attente de publication, Lee et ses collègues utilisent de nouvelles données pour entraîner SonicBoom à identifier le type d'objet qu'il rencontre , par exemple une feuille, une branche ou un tronc.
« Avec SonicBoom, vous pouvez tapoter aveuglément et savoir où le [contact se produit], mais en fin de compte, pour le robot, l'information vraiment importante est : puis-je continuer à pousser, ou est-ce que je heurte un tronc fort et dois-je repenser la façon de bouger mon bras ? » explique-t-il.
Il convient de noter que SonicBoom n’a pas encore été testé dans des conditions agricoles réelles, explique Lee.