Comment les scientifiques donnent aux robots des sens tactiles semblables à ceux des humains

Il y a un scène cauchemardesque dans le film de Guillermo del Toro de 2006 Le Labyrinthe de Pan dans lequel nous sommes confrontés à une sinistre créature humanoïde appelée l'Homme Pâle. Sans yeux dans sa tête monstrueuse et glabre, l'Homme Pâle, qui ressemble à un Voldemort sans yeux, voit à l'aide de globes oculaires incrustés dans la paume de ses mains. Grâce à ces appendices oculaires augmentés, qu'il tient devant son visage sans yeux comme des lunettes, l'Homme Pâle est capable de visualiser et de se déplacer dans son environnement.

Cela décrit dans une certaine mesure les travaux menés par les chercheurs du laboratoire de robotique de Bristol au Royaume-Uni, mais sans tout l’aspect terrifiant de l’horreur corporelle. Seulement dans leur cas, le remplaçant de Pale Man n’a pas simplement un globe oculaire dans la paume de chaque main; il en a un à chaque doigt.

"Au cours des quatre ou cinq dernières années, un changement s'est produit dans le domaine de la détection tactile et de la robotique [sous la forme d'une] évolution vers l'utilisation de caméras comme capteurs."

professeur Nathan Lepora, qui dirige le groupe de recherche en robotique tactile composé de 15 membres pour le laboratoire de robotique de Bristol, a déclaré à Digital Trends. « C’est ce qu’on appelle la détection tactile basée sur l’optique et la vision. La raison pour laquelle cela a pris de l’ampleur est que l’on comprend que les informations haute résolution le contenu du bout des doigts est crucial pour que l'intelligence artificielle [nécessaire] puisse contrôler ces systèmes. »

Les tendances numériques abordées pour la première fois Le travail de Lepora en 2017, décrivant une première version du projet de son équipe comme étant « constituée d’une webcam montée dans un Bout du doigt souple imprimé en 3D qui suit les broches internes, conçu pour agir comme les récepteurs tactiles chez l'homme bouts des doigts.

Depuis, les travaux n’ont cessé de progresser. À cette fin, l'équipe a récemment publié une nouvelle recherche révélant les dernières étapes du projet: Création d'une peau tactile imprimée en 3D qui pourrait un jour donner mains prothétiques ou robots autonomes un sens du toucher bien plus proche de celui des humains en chair et en os mains.

Le maillage imprimé en 3D est constitué de papilles en forme d’épingles qui imitent une structure dermique similaire à celle trouvée entre les couches épidermiques externes et internes de la peau humaine. Ceux-ci peuvent produire des signaux nerveux artificiels qui, une fois mesurés, ressemblent aux enregistrements de vrais neurones. qui permettent aux mécanorécepteurs du corps d'identifier la forme et la pression d'objets ou de surfaces lorsque touché.

"Lorsque nous avons comparé les signaux émis par nos doigts artificiels avec les données réelles, nous avons découvert un correspondance très similaire entre les deux ensembles de données, avec le même type de collines et de vallées [trouvées sur les deux] », Lepora expliqué.

En combinant ces informations sur les récepteurs cutanés imprimés en 3D avec des données extraites de minuscules caméras intégrées, l'équipe pourrait espère, être la clé pour réaliser un rêve à long terme en matière d'intelligence artificielle et de robotique: un sentiment artificiel de touche.

Les cinq sens

Bien que tous les chercheurs ne soient pas nécessairement d’accord, l’objectif fondamental le plus large de l’IA est peut-être de reproduire l'intelligence humaine (ou, du moins, la capacité d'accomplir toutes les tâches dont les humains sont capables) à l'intérieur d'un ordinateur. Cela signifie trouver des moyens de recréer les cinq sens – la vue, l’ouïe, l’odorat, le goût et le toucher – sous forme de logiciel. Ce n’est qu’alors que d’éventuels tests d’intelligence artificielle générale, tels que le projet proposé «Test de café» (un robot véritablement intelligent devrait être capable d’entrer dans une maison et de se procurer les ingrédients et composants nécessaires pour préparer une tasse de café), être atteint.

À ce jour, beaucoup d’attention et de progrès ont été réalisés en matière de reconnaissance d’images et de sons. Moins d’attention, mais néanmoins une certaine attention, a été accordée à l’odorat et au goût. Des capteurs intelligents équipés d’IA peuvent identifier des centaines d’odeurs différentes dans une base de données grâce au développement d’un «nez numérique.” Testeurs de goût numériques, capables de donner des mesures objectives en matière de saveur, font également l'objet d'une enquête. Mais le toucher reste terriblement hors de portée.

"Nous sommes plus conscients de domaines tels que la vision", a déclaré Lepora, expliquant pourquoi les chercheurs se sont souvent concentrés ailleurs. « C’est pour cette raison que nous lui accordons plus d’importance dans ce que nous faisons au quotidien. Mais lorsqu’il s’agit du toucher, la plupart du temps, nous n’avons même pas conscience de l’utiliser. Et ce n’est certainement pas aussi important que cela. Cependant, si vous enlevez votre sens du toucher, vos mains deviendraient totalement inutiles. Vous ne pouviez rien faire avec eux.

Cela ne veut pas dire que les robots ont évité d’interagir avec des objets du monde réel. Depuis plus d’un demi-siècle, des robots industriels dotés d’axes de mouvements limités et d’actions simples telles que saisir et faire pivoter sont utilisés sur les chaînes de montage en usine. Dans les centres de distribution Amazon, les robots jouent un rôle crucial pour garantir que le processus de livraison en un jour soit possible. Grâce à l'acquisition en 2012 de la société de robotique Kiva, les entrepôts d'Amazon comportent des armées de robots carrés semblables à de grands Roombas qui se déplacent autour des étagères de produits, les amenant aux « sélectionneurs » humains pour sélectionner les bons articles depuis.

Cependant, même si ces deux processus réduisent considérablement le temps nécessaire aux humains pour accomplir ces tâches sans assistance, ces robots n’exécutent que des fonctionnalités limitées – laissant aux humains le soin d’effectuer une grande partie de la précision travail.

Il y a une bonne raison à cela: même si la manipulation adroite est quelque chose que la plupart des humains tiennent pour acquis, c’est quelque chose d’extraordinairement difficile pour les machines. Le contact humain est extrêmement nuancé. La peau possède une structure mécanique très complexe, avec des milliers de terminaisons nerveuses rien que dans le bout des doigts, permettant une sensibilité extrêmement haute résolution aux détails fins et à la pression. Avec nos mains, nous pouvons ressentir les vibrations, la chaleur, la forme, la friction et la texture – jusqu’aux imperfections submillimétriques, voire micrométriques. (Pour une vision simple en basse résolution de la difficulté de la vie avec des capacités tactiles limitées, voyez avec quelle fluidité vous pouvez passer une seule journée en portant des gants épais. Il y a de fortes chances que vous les arrachiez bien avant le milieu de la matinée !)

Retour sensoriel

"Ce qui donne aux humains cette flexibilité et cette dextérité, c'est le retour sensoriel que nous recevons", a déclaré Lepora. « Lorsque nous accomplissons une tâche, nous recevons un retour sensoriel de l’environnement. Pour la dextérité, lorsque nous utilisons nos mains, ce retour sensoriel dominant est notre sens du toucher. Il nous fournit un contenu haute résolution et riche en informations, des sensations et des informations sur notre environnement pour guider nos actions.

Pour résoudre ce problème, il faudra des avancées matérielles et logicielles: des robots de préhension plus flexibles et plus adroits, dotés de capacités supérieures à reconnaître ce qu'ils touchent et à se comporter en conséquence. Des composants plus petits et moins chers seront utiles. Par exemple, les approches des robots de préhension utilisant des caméras pour percevoir le monde remontent au moins aux années 1970, avec des projets comme celui de l’Université d’Édimbourg. robot Freddy pionnier. Cependant, ce n’est que très récemment que les caméras sont devenues suffisamment petites pour pouvoir s’intégrer dans un matériel de la taille du bout d’un doigt humain. "Il y a cinq ans, le plus petit appareil photo que l'on pouvait acheter mesurait peut-être quelques centimètres de diamètre", a déclaré Lepora. "Vous pouvez désormais acheter des caméras de [juste quelques] millimètres."

Il reste encore beaucoup de travail à faire avant que des innovations telles que la détection du bout des doigts puissent être intégrées aux robots pour leur donner des capacités de détection tactile. Mais lorsque cela se produira, cela changera la donne – qu’il s’agisse de construire des robots capables d’effectuer un plus grand nombre de tâches. tâches de bout en bout sur le lieu de travail (pensez à un entrepôt Amazon entièrement automatisé) ou même agir dans des tâches « à forte sensibilité » comme effectuer rôles de soignant.

À mesure que les robots s’intègrent de plus en plus étroitement à la vie telle que nous la connaissons, la capacité d’interagir en toute sécurité avec ceux qui les entourent deviendra plus importante. Depuis 1979, lorsqu'un ouvrier d'usine du Michigan nommé Robert Williams est devenu la première personne de l'histoire tuée par un robot, les robots ont souvent été séparés des humains par mesure de sécurité. En leur donnant la possibilité de se toucher en toute sécurité, nous pourrions commencer à briser cette barrière.

Le pouvoir du toucher

Il existe des preuves suggérant que, ce faisant, les robots pourraient améliorer leur acceptation par les humains. Les créatures vivantes, humaines ou autres, se touchent comme moyen de communication sociale – et non, pas seulement de manière sexuelle. Les bébés singes privés de contact tactile avec une figure maternelle peuvent devenir stressés et mal nourris. Chez l’humain, une tape dans le dos nous fait du bien. Les chatouilles nous font rire. Un bref contact corps à corps de la part d'un bibliothécaire peut donner lieu à des critiques plus favorables sur une bibliothèque, ainsi qu'à des critiques « simples » similaires. les touches peuvent nous faire donner plus de pourboires dans un restaurant, dépenser plus d'argent dans un restaurant ou évaluer un « toucheur » comme étant plus attractif.

Une étude sur le sujet, un article de 2009 intitulé «La peau comme organe social», note que: « En général, la recherche en neurosciences sociales a tendance à se concentrer sur les canaux visuels et auditifs comme voies d'accès à l'information sociale. Cependant, comme la peau est le site d'événements et de processus cruciaux dans la façon dont nous pensons, ressentons et interagissons les uns avec les autres, le toucher peut jouer un rôle médiateur. perceptions sociales de diverses manières. Le toucher d'un robot susciterait des sentiments positifs de notre part, nous faisant ressentir plus d'affection envers les machines ou autrement nous rassurer? C’est tout à fait possible.

Une étude de 56 personnes interagissant avec une infirmière robotisée ont constaté que les participants ont signalé une réaction généralement favorable. réponse subjective au contact initié par le robot, que ce soit pour nettoyer sa peau ou pour fournir confort. Une autre recherche plus récente, intitulée «Le pouvoir persuasif du Robot Touch», a également exploré ce sujet.

« [Des recherches antérieures ont montré] que les gens traitent les ordinateurs avec politesse, un comportement qui, à première vue, semble déraisonnable envers les ordinateurs » Laura Kunold, professeur adjoint à la faculté de psychologie pour la conception centrée sur l'humain des systèmes socio-numériques de l'université allemande de la Ruhr à Bochum, a déclaré à Digital Trends. « Puisque les robots ont un corps physique, je me suis demandé si les effets positifs tels que les états émotionnels positifs ou la conformité, connus par le contact interpersonnel, recherche, pourrait également être obtenue par le toucher d’un robot. Elle a noté: « Les humains – les étudiants dans notre travail – sont généralement ouverts aux gestes tactiles non fonctionnels d'un robot. Ils ont été globalement amusés et ont décrit le geste comme agréable et non blessant.

À mesure que les interactions avec les robots deviennent monnaie courante, le toucher deviendra probablement un aspect important de leur acceptation sociale. Comme l’écrit George Elliot (pas spécifiquement, il faut le dire, à propos des robots) dans Milieu de marche, « qui mesurera la subtilité de ces touches qui transmettent la qualité de l'âme aussi bien que du corps ?

Les robots deviennent de plus en plus performants. Il y a plusieurs années, le Massachusetts Institute of Technology a construit un robot suffisamment délicat pour capturer puis relâcher un poisson vivant alors qu'il nage dans un réservoir. Les robots cueilleurs de fruits et légumes peuvent également identifier puis cueillir produits délicats comme les tomates sans les écraser en passata. Espérons qu’ils seront bientôt suffisamment fiables pour faire la même chose avec des mains humaines.

Grâce aux travaux menés par les chercheurs du Bristol Robotics Laboratory, ils se rapprochent de plus en plus.

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