OmniTact：用於機器人應用的緊湊型高分辨率觸覺傳感器

近年來，世界各地的研究人員一直在嘗試開發能夠在機器人身上覆制人類觸覺的傳感器，並提高他們的操作技能。雖然這些傳感器中的一些取得了顯著的效果，但是大多數現有的解決方案種只有小的敏感區域或者只能採集低分辨率的圖像。

加州大學伯克利分校的一個研究小組最近開發了一種新的多方向觸覺傳感器，稱為 OmniTact，它克服了以前開發的傳感器的一些侷限性。OmniTact，出現在arXiv上發表的論文並將在 ICRA 2020上展示，它充當了一個人造指尖，讓機器人能夠感知它所握持或操縱的物體的屬性。

“我們的實驗室意識到需要一種傳感器來完成一般的機器人操作任務，這種傳感器的能力要比目前的觸覺傳感器更強大。”研究人員之一弗雷德裡克·埃伯特說道。

現有的觸覺傳感器要麼是扁平的，要麼只有很小的敏感區域，要麼只能提供低分辨率的信號。例如，GelSight傳感器提供高分辨率(即400x400像素)的圖像，但又大又平，只在一側提供靈敏度，而 OptoForce 傳感器是彎曲的，只在一個點提供力的讀數。

GelSight 可以生成物體表面的詳細三維地圖，並檢測其某些特徵。

圖像解釋了GelSight傳感器和OmniTact之間的基本區別。

與 GelSight 相比，OmniTact 是多向的，這意味著它的所有側面都有感應能力。此外，它可以提供高分辨率讀數，非常緊湊，而且它還帶有彎曲的形狀。當集成到手爪或機械手中時，傳感器就像一個敏感的人造“手指”，允許機器人操縱和感知各種形狀和大小不同的物體。

OmniTact 是通過將多個微型攝像頭嵌入由硅膠製成的人造皮膚中而構建的。攝像機檢測基於凝膠的皮膚的多方向變形，產生豐富的信號，然後可以通過計算機視覺和圖像處理技術進行分析，推斷出機器人正在操縱的物體的信息。

“我們的團隊使用基於學習的方法來利用高分辨率反饋，並避免手動校準程序，”參與這項研究的另一名研究員 Akhil Padmanabha 說道。

埃伯特、帕德馬納巴和他們的同事評估了他們的傳感器在一項相當具有挑戰性的任務中的性能，在這項任務中，機器人必須將電連接器插入插座。他們還測試了它在按壓給定物體時推斷手指接觸角度的能力。在這些初步評估中，OmniTact 取得了顯著的結果，在狀態估計任務中，優於僅一側敏感的觸覺傳感器和另一個多方向傳感器。

參與這項研究的另一名研究員Stephen Tian說，“通過我們對 OmniTact 的實驗，我們發現多方向、高分辨率的觸覺傳感能夠實現某些精細的操作任務，比如我們提出的連接器插入任務。”。“我們認為，在未來，除了在外科手術、海洋和太空任務中的機器人遙操作等應用之外，多方向觸覺傳感可能是通用機器人操作中的一個基本要素。”

研究人員利用內窺鏡中通常使用的微型攝像機構建傳感器，將硅膠直接澆鑄到攝像機上。因此，OmniTact 比以前開發的 GelSight 傳感器更緊湊，因此可能有更廣泛的應用。在未來，它可能為創造具有更復雜傳感能力的新機器人鋪平道路。