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I ricercatori hanno sviluppato un sensore robotico che incorpora tecniche di intelligenza artificiale per leggere il braille a velocità circa doppie rispetto alla maggior parte dei lettori umani.
Il gruppo di ricerca dell’Università di Cambridge ha utilizzato algoritmi di apprendimento automatico per insegnare a un sensore robotico a scorrere rapidamente sulle righe di testo braille. Il robot è stato in grado di leggere il braille a 315 parole al minuto con una precisione prossima al 90%.
Sebbene il lettore braille robotizzato non sia stato sviluppato come tecnologia assistiva, i ricercatori affermano che l’elevata sensibilità richiesta per leggere il braille lo rende un test ideale per lo sviluppo di mani robotiche o protesi con sensibilità paragonabile alla punta delle dita umane. I risultati sono riportati sulla rivista Lettere IEEE su robotica e automazione.
I polpastrelli umani sono straordinariamente sensibili e ci aiutano a raccogliere informazioni sul mondo che ci circonda. I nostri polpastrelli possono rilevare piccoli cambiamenti nella consistenza di un materiale o aiutarci a sapere quanta forza usare per afferrare un oggetto: ad esempio, raccogliere un uovo senza romperlo o una palla da bowling senza farla cadere.
Riprodurre quel livello di sensibilità in una mano robotica, in modo efficiente dal punto di vista energetico, è una grande sfida ingegneristica. Nel laboratorio della professoressa Fumiya Iida presso il Dipartimento di Ingegneria di Cambridge, i ricercatori stanno sviluppando soluzioni per questa e altre abilità che gli esseri umani trovano facili, ma che i robot trovano difficili.
“La morbidezza della punta delle dita umane è uno dei motivi per cui siamo in grado di afferrare le cose con la giusta quantità di pressione”, ha affermato Parth Potdar del Dipartimento di Ingegneria di Cambridge e studente universitario al Pembroke College, il primo autore dell’articolo. “Per la robotica, la morbidezza è una caratteristica utile, ma sono necessarie anche molte informazioni dei sensori, ed è difficile averle entrambe contemporaneamente, soprattutto quando si ha a che fare con superfici flessibili o deformabili.”
Il Braille è un test ideale per il “polpastrello” di un robot poiché la sua lettura richiede un’elevata sensibilità, poiché i punti in ogni modello di lettera rappresentativo sono molto vicini tra loro. I ricercatori hanno utilizzato un sensore standard per sviluppare un lettore braille robotico che replica in modo più accurato il comportamento di lettura umano.
“Esistono lettori braille robotici, ma leggono solo una lettera alla volta, che non è il modo in cui leggono gli esseri umani”, ha detto il coautore David Hardman, anche lui del Dipartimento di Ingegneria. “I lettori braille robotici esistenti funzionano in modo statico: toccano uno schema di lettere, lo leggono, si sollevano dalla superficie, si spostano, si abbassano sullo schema di lettere successivo e così via. Vogliamo qualcosa che sia più realistico e molto più efficiente .”
Il sensore robotico utilizzato dai ricercatori ha una fotocamera nel “punta del dito” e legge utilizzando una combinazione delle informazioni provenienti dalla fotocamera e dai sensori. “Questo è un problema difficile per gli esperti di robotica poiché c’è molta elaborazione delle immagini da fare per rimuovere il motion blur, il che richiede tempo ed energia”, ha affermato Potdar.
Il team ha sviluppato algoritmi di apprendimento automatico in modo che il lettore robotico fosse in grado di “sfocare” le immagini prima che il sensore tentasse di riconoscere le lettere. Hanno addestrato l’algoritmo su una serie di immagini nitide in braille con applicata una falsa sfocatura. Dopo che l’algoritmo ha imparato a sfocare le lettere, hanno utilizzato un modello di visione artificiale per rilevare e classificare ciascun carattere.
Una volta incorporati gli algoritmi, i ricercatori hanno testato il loro lettore facendolo scorrere rapidamente lungo file di caratteri braille. Il lettore Braille robotico potrebbe leggere a 315 parole al minuto con una precisione dell’87%, ovvero due volte più veloce e accurato di un lettore Braille umano.
“Considerando che abbiamo utilizzato l’algoritmo di falsa sfocatura del treno, è stato sorprendente quanto fosse accurato nella lettura del braille”, ha affermato Hardman. “Abbiamo trovato un buon compromesso tra velocità e precisione, che è anche il caso dei lettori umani.”
“La velocità di lettura del Braille è un ottimo modo per misurare le prestazioni dinamiche dei sistemi di rilevamento tattile, quindi i nostri risultati potrebbero essere applicabili oltre il braille, per applicazioni come il rilevamento di strutture superficiali o lo slittamento nella manipolazione robotica”, ha affermato Potdar.
In futuro, i ricercatori sperano di adattare la tecnologia alle dimensioni di una mano o di una pelle umanoide. La ricerca è stata in parte supportata dal Samsung Global Research Outreach Program.
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