2022-07-27 10:18
[导读]神经科学教授和科学中心研究员 Ted Adelson 解释了如何用相机模拟触觉可以使机器人更聪明。
麻省理工学院施瓦茨曼计算机学院
十多年前，泰德·阿德尔森 (Ted Adelson) 着手为机器人制造触觉传感器，让它们有触觉。结果？一种强大的手持式成像系统，可以显示一美元钞票上的凸起印刷。该技术被引入 GelSight，以满足行业对低成本、高分辨率成像的需求。
作为人类和机器视觉方面的专家，Adelson 很高兴创造了一些有用的东西。但他从未忘记自己最初的梦想：赋予机器人触觉。在与亚马逊合作的一个新的科学中心项目中，他又回到了这个案子上。他计划构建 GelSight 系统，增加感知温度和振动的能力。作为麻省理工学院脑与认知科学系的教授，阿德尔森最近坐下来谈论他的工作。
问：是什么让人类的手很难在机器人中重现？
答：人的手指有柔软、敏感的皮肤，接触东西时会变形。问题是当传感表面本身在操作过程中不断移动和变化时，如何获得精确的传感。
问：您是人类和计算机视觉方面的专家。触摸是如何引起你的兴趣的？
A：当我的女儿们还是婴儿的时候，我对她们用手指和手探索世界的技巧感到惊讶。我想了解他们通过触觉收集信息的方式。作为一名视觉研究员，我自然而然地寻找一种使用相机的方法。
问： GelSight 机器人手指如何工作？它的局限性是什么？
答：相机从内部捕捉皮肤的图像，计算机视觉系统计算皮肤的 3D 变形。GelSight 手指提供出色的触觉敏锐度，远远超过人类手指。然而，对内部光学系统的需求限制了我们今天可以实现的尺寸和形状。
问：您是如何想到让机器人的手指有触觉的想法，实际上是给它视觉？
答：相机可以告诉您它正在查看的表面的几何形状。通过在手指内放置一个微型摄像头，我们可以测量皮肤几何形状是如何从一个点到另一个点发生变化的。这告诉我们触觉属性，如力、形状和质地。
问：您之前在相机方面的工作是如何发挥作用的？
答：我之前对反光材料外观的研究帮助我设计了皮肤的光学特性。我们制作了一个非常薄的哑光膜，并用掠射照明照亮它，因此可以看到所有细节。
问：您知道有测量 3D 表面的市场吗？
答：没有。大约十年前，我的博士后 Kimo Johnson 发布了一段YouTube 视频，展示了 GelSight 的功能。该视频在网上疯传，我们收到了大量包含有趣建议应用程序的电子邮件。此后，人们开始使用该技术来测量鲨鱼皮、积雪和打磨表面的微观纹理。FBI 在取证中使用它来比较用过的弹壳。
问： GelSight 的主要应用是什么？
- 答：工业检查。例如，检查员可以将 GelSight 传感器按压在飞机机身上的划痕或凸块上，以 3D 测量其精确尺寸和形状。这个应用程序可能看起来与婴儿手指的原始灵感有很大不同，但它表明触觉感应可以有很多用途。至于机器人技术，触觉传感目前主要是一个研究课题，但我们预计它在工业机器人中将越来越有用。
问：您现在正在构建一种测量温度和振动的方法。你怎么用相机做到这一点？您将如何尝试模仿人类的触觉？
答：您可以使用液晶将温度转换为相机可以读取的视觉信号，使情绪环和额头温度计变色的分子。对于振动，我们将使用麦克风。 我们还想扩展手指可以具有的形状范围。最后，我们需要了解如何使用来自手指的信息来改进机器人技术。
问：为什么我们对温度和振动很敏感，为什么这对机器人有用？
答：识别材料属性是触摸的一个重要方面。感应温度可帮助您判断某物是金属还是木头，以及它是湿的还是干的。振动可以帮助您将轻微纹理的表面（如未上漆的木材）与完全光滑的表面（如具有光泽饰面的木材）区分开来。
问：接下来是什么？
答：制作触觉传感器是第一步。接下来将其集成到有用的手指和手中。然后你必须让机器人用手来执行现实世界的任务。
问：进化给了我们五个手指和两只手。机器人也会有吗？
A：不同的机器人会有不同种类的手，针对不同的情况进行了优化。大手、小手、三指或六指的手，还有我们今天甚至无法想象的手。我们的目标是提供感知能力，使机器人能够巧妙地与世界互动
