De nieuwe schaduwhand kan tegen een stootje

Jarenlang is de Schaduwhand van Shadow Robot misschien wel de gouden standaard geweest voor robotmanipulatie. Het is mooi en duur en kan de vorm en functionaliteit van menselijke handen nabootsen, waardoor het ideaal is voor complexe taken. Ik heb persoonlijk ervaren hoe geweldig het is om Shadow Hands te gebruiken in een teleoperatiecontext, en het is moeilijk om je iets beters voor te stellen.

Het probleem met de originele Shadow-arm was (en is nog steeds) kwetsbaarheid. In een onderzoeksomgeving was dit prima, behalve dat het onderzoek aan het veranderen is: robotici programmeren manipulatietaken niet langer zorgvuldig met de hand. Nu draait het allemaal om machinaal leren, waarbij je robotarmen nodig hebt die keer op keer massaal falen totdat ze voldoende gegevens verzamelen om te begrijpen hoe ze kunnen slagen.

“We streefden naar robuustheid en prestaties boven antropomorfisme en menselijke grootte en vorm.” —Rich Walker, Schaduwrobotbedrijf

Dit doen met Shadow Hand was gewoon niet realistisch, wat Google DeepMind vijf jaar geleden besefte toen het Shadow Robot vroeg om een ​​nieuwe hand te bouwen met hardware die het soort trainingsomgeving aankon dat nu kenmerkend is voor manipulatieonderzoek. Daarom heeft Shadow Robot het afgelopen half decennium gewerkt aan de nieuwe drievingerige Shadow Hand, die het bedrijf vandaag heeft onthuld. Het bedrijf noemt het, toepasselijk genoeg, de ‘nieuwe Shadow Hand’.

Zoals je kunt zien, is dit ding een absoluut beest. Shadow Robot zegt dat de nieuwe arm “bestand is tegen een aanzienlijke hoeveelheid misbruik, inclusief de eisen van agressieve kracht, slijtage en impact”. Een deel van het punt is echter dat het een robotarm is ontwerpers kan ‘misbruik’, robotmanipulatie noemen onderzoekers het zou heel gemakkelijk ‘vooruitgang’ kunnen worden genoemd, en de arm is ontworpen om manipulatieonderzoek te weerstaan ​​dat de grenzen verlegt van waartoe robothardware en -software fysiek in staat zijn.

Shadow Robot realiseert zich dat deze nieuwe arm, ondanks zijn beste technische inspanningen, nog steeds af en toe zal breken (omdat het een robot is en dat is wat robots doen), dus ontwierp het bedrijf hem modulair en gemakkelijk te repareren. Elke vinger is een afzonderlijke, op zichzelf staande eenheid die eenvoudig kan worden vervangen, waarbij vijf Maxon-motoren aan de basis van de vinger de vier vingergewrichten door kabels aandrijven in een ontwerp dat speling elimineert. De kabels zelf zullen van tijd tot tijd vervangen moeten worden, maar bij de nieuwe Shadow Hand is dit veel gemakkelijker dan bij het origineel. Shadow Robot zegt dat je de volledige kabels van de New Arm tegelijkertijd kunt vervangen enkel kabel op de oude hand.

Schaduwrobot

De nieuwe Shadow Hand zelf is iets groter dan een typische menselijke hand, en zwaarder: elke modulaire vingereenheid weegt 1,2 kilogram, en de hele hand met drie vingers weegt iets meer dan 4 kg. De vingers hebben een mensachtige kinematica en elk gewricht kan tot 180 graden per seconde bewegen, waarbij op elke vingertop minstens 8 Newton kracht kan worden uitgeoefend. Zowel krachtcontrole als positiecontrole zijn beschikbaar, en de hele arm wordt aangedreven door het Robot Operating System, de verzameling open source softwarebibliotheken en tools van de Open Source Robotics Foundation.

Een van de beste nieuwe features van deze arm is de tactiele sensor. Shadow Robot besloot de optische route te volgen met vingertopsensoren, in GelSight-stijl. Elke vingertop is bedekt met een zachte, zachte gel met duizenden ingebedde deeltjes. Camera’s in de vingers achter de gel volgen elk van die deeltjes, en wanneer de vingertop iets aanraakt, bewegen de deeltjes. Op basis van die beweging kunnen de vingertoppen zeer nauwkeurig de grootte en richting van zelfs zeer kleine krachten detecteren. En er zitten nog meer sensoren aan de binnenkant van de vingers, met ingebouwde Hall Effect-sensoren die feedback geven tijdens grijp- en manipulatietaken.

Schaduwrobot

Het meest opvallende verschil hier is hoe compleet anders dan de robotmanipulatiefilosofie deze nieuwe arm vertegenwoordigt voor Shadow Robot. “We streefden naar robuustheid en prestaties boven antropomorfisme en menselijke grootte en vorm”, zegt Rich Walker, directeur van Shadow Robot Company. “Er is een zeer duidelijke ontwerpkeuze om iets te krijgen dat zich echt veel meer gedraagt ​​als een geoptimaliseerde manipulator dan als een menselijke hand.”

Walker legt uit dat Shadow Robot momenteel binnen de roboticagemeenschap twee verschillende benaderingen van manipulatie ziet: er is imitatieleren, waarbij een mens een taak uitvoert en vervolgens de robot de taak op dezelfde manier probeert uit te voeren, en dan is er versterkend leren, waarbij de robot probeert om erachter te komen hoe je de taak zelf kunt uitvoeren. “Het is duidelijk dat deze hand vanaf de grond af aan is opgebouwd om het leren van versterking gemakkelijker te maken.”

De arm werd ook vanaf de grond opgebouwd om robuust en herstelbaar te zijn, wat een aanzienlijke impact had op de vorm. Om de vingers modulair te maken, moeten ze dik zijn, en het was gewoon niet praktisch om er vijf in één hand te proppen. Maar vanwege deze modulariteit zou de Schaduwrobot je een hand met vijf vingers kunnen maken als je er echt een zou willen. Of een hand met twee vingers. Of (en dit is de suggestie van het bedrijf, niet de mijne) ‘gigantische spin’. Maar eigenlijk is het waarschijnlijk niet nuttig om vast te zitten aan de vormfactor. Concentreer u in plaats daarvan meer op wat de hand kan doen. Shadow Robot vertelt me ​​zelfs dat de beste manier om over een arm na te denken in de context van behendigheid is om er drie te hebben duimen omhooggeen drie vingers, maar Walker zegt dat “als we het op die manier beschrijven, mensen in de war raken.”

Er is nog steeds zeker een plaats voor de originele antropomorfe Shadow Hand, en Shadow Robot heeft geen plannen om daar een einde aan te maken. “Het is duidelijk dat antropomorfisme voor sommige mensen een dealbreaker is, ze moeten het hebben”, zegt Walker. “Maar voor veel mensen is het idee dat ze iets kunnen hebben dat echt robuust en wendbaar is en dat veel gegevens kan verzamelen, opwindend genoeg om te zeggen: oké, wat kunnen we hiermee doen? Wij zijn erg benieuwd wat er aan de hand is.”

De Shadow New Hand is nu verkrijgbaar vanaf ongeveer 74.000 dollar, afhankelijk van de configuratie.