Chandail

Des chercheurs de l'Université Carnegie Mellon créent un tissu et un système de détection pour mesurer le contact et la pression

L'université de Carnegie Mellon

image : RobotSweater, développé par une équipe de recherche de l'Institut de robotique et présenté ici sur un bras robotique, est une "peau" textile tricotée à la machine qui peut détecter le contact et la pression.Voir plus

Crédit : Université Carnegie Mellon

Les qualités qui rendent un pull tricoté confortable et facile à porter sont les mêmes qui pourraient permettre aux robots de mieux interagir avec les humains.

RobotSweater, développé par une équipe de recherche de l'Institut de robotique de l'Université Carnegie Mellon, est une "peau" textile tricotée à la machine qui peut détecter le contact et la pression.

"Nous pouvons utiliser cela pour rendre le robot plus intelligent lors de son interaction avec les humains", a déclaré Changliu Liu, professeur adjoint de robotique à l'École d'informatique.

Tout comme les tricoteurs peuvent prendre n'importe quel type de fil et le transformer en une chaussette, un chapeau ou un pull de n'importe quelle taille ou forme, le tissu tricoté RobotSweater peut être personnalisé pour s'adapter à des surfaces tridimensionnelles inégales.

"Les machines à tricoter peuvent modeler le fil dans des formes qui ne sont pas plates, qui peuvent être courbées ou grumeleuses", a déclaré James McCann, professeur adjoint SCS dont les recherches se sont concentrées sur la fabrication textile ces dernières années. "Cela nous a fait penser que nous pourrions peut-être fabriquer des capteurs qui s'adapteraient à des robots courbes ou grumeleux."

Une fois tricoté, le tissu peut être utilisé pour aider le robot à "sentir" lorsqu'un humain le touche, en particulier dans un environnement industriel où la sécurité est primordiale. Les solutions actuelles pour détecter l'interaction homme-robot dans l'industrie ressemblent à des boucliers et utilisent des matériaux très rigides qui, selon Liu, ne peuvent pas couvrir tout le corps du robot car certaines parties doivent se déformer.

"Avec RobotSweater, tout le corps du robot peut être couvert, de sorte qu'il peut détecter d'éventuelles collisions", a déclaré Liu, dont les recherches portent sur les applications industrielles de la robotique.

Le tissu tricoté de RobotSweater se compose de deux couches de fils conducteurs fabriqués avec des fibres métalliques pour conduire l'électricité. Entre les deux se trouve une couche en forme de filet à motif de dentelle. Lorsqu'une pression est appliquée sur le tissu - disons, de quelqu'un qui le touche - le fil conducteur ferme un circuit et est lu par les capteurs.

"La force rapproche les lignes et les colonnes pour fermer la connexion", a déclaré Wenzhen Yuan, professeur adjoint SCS et directeur du laboratoire RoboTouch. "S'il y a une force à travers les bandes conductrices, les couches se contacteraient à travers les trous."

Outre la façon de concevoir les couches tricotées, y compris des dizaines, voire des centaines d'échantillons et de tests, l'équipe a dû relever un autre défi en connectant le câblage et les composants électroniques au textile doux.

"Il y a eu beaucoup de prototypage physique fastidieux et d'ajustements", a déclaré McCann. "Les étudiants qui y travaillaient ont réussi à passer de quelque chose qui semblait prometteur à quelque chose qui fonctionnait réellement."

Ce qui a fonctionné était d'enrouler les fils autour de boutons-pression attachés aux extrémités de chaque bande dans le tissu tricoté. Les boutons-pression sont une solution rentable et efficace, de sorte que même les amateurs qui créent des textiles avec des éléments électroniques, connus sous le nom de e-textiles, pourraient les utiliser, a déclaré McCann.

"Vous avez besoin d'un moyen solide pour attacher ces éléments, afin qu'il puisse gérer l'étirement, mais ne détruise pas le fil", a-t-il déclaré, ajoutant que l'équipe avait également discuté de l'utilisation de circuits imprimés flexibles.

Une fois monté sur le corps du robot, RobotSweater peut détecter la distribution, la forme et la force du contact. Il est également plus précis et efficace que les capteurs visuels sur lesquels la plupart des robots comptent actuellement.

"Le robot se déplacera de la manière dont l'humain le pousse, ou peut répondre aux gestes sociaux humains", a déclaré Yuan.

Dans leurs recherches, l'équipe a démontré que pousser sur un robot compagnon équipé de RobotSweater lui indiquait dans quelle direction se déplacer ou dans quelle direction tourner la tête. Lorsqu'il est utilisé sur un bras de robot, RobotSweater permettait à une personne de pousser la main pour guider le mouvement du bras, tandis que saisir le bras lui disait d'ouvrir ou de fermer sa pince.

Dans de futures recherches, l'équipe souhaite explorer comment programmer des réactions à partir des mouvements de balayage ou de pincement utilisés sur un écran tactile.

L'équipe - y compris SCS Ph.D. les étudiants Zilin Si et Tianhong Catherine Yu, et l'étudiante invitée de premier cycle Katrene Morozov de l'Université de Californie à Santa Barbara - présenteront le document de recherche RobotSweater la semaine prochaine à la Conférence internationale IEEE 2023 sur la robotique et l'automatisation (ICRA).

Commencées par les trois membres du corps professoral lors d'une conversation pendant le déjeuner un jour, la collaboration et les spécialités de l'équipe de chercheurs ont aidé le RobotSweater à prendre vie, a déclaré McCann.

"Nous avons eu une personne qui pensait à la fabrication, une personne qui pensait à l'intégration robotique, une personne qui pensait à la détection et une personne qui pensait à la planification et au contrôle", a-t-il déclaré. "C'est vraiment bien d'avoir ce projet où nous avons toute la pile de personnes pour couvrir chaque préoccupation."

Clause de non-responsabilité: AAAS et EurekAlert ! ne sont pas responsables de l'exactitude des communiqués de presse publiés sur EurekAlert! par les institutions contributrices ou pour l'utilisation de toute information via le système EurekAlert.