Niewidomy robot czyta jak z nut

Naukowcy opracowali automatyczny czujnik, który wykorzystuje techniki sztucznej inteligencji, aby czytać alfabet Braille’a z szybkością mniej więcej dwukrotnie większą niż większość ludzkich czytników.

Zespół badawczy z Uniwersytetu w Cambridge wykorzystał algorytmy uczenia maszynowego, aby nauczyć czujnik robota szybkiego przesuwania się po liniach tekstu brajlowskiego. Robot był w stanie czytać alfabet Braille’a z szybkością 315 słów na minutę z dokładnością bliską 90%.

Chociaż robotyczny czytnik brajla nie został opracowany jako technologia wspomagająca, naukowcy twierdzą, że wysoka czułość wymagana do odczytu alfabetu Braille’a sprawia, że ​​jest to idealny test przy opracowywaniu rąk robota lub protez o porównywalnej wrażliwości na ludzkie opuszki palców. Wyniki opublikowano w czasopiśmie IEEE Robotics and Automation Letters .

Opuszki palców człowieka są niezwykle wrażliwe i pomagają nam gromadzić informacje o otaczającym nas świecie. Opuszki palców potrafią wykryć drobne zmiany w fakturze materiału lub pomóc nam dowiedzieć się, jakiej siły należy użyć podczas chwytania przedmiotu: na przykład, podnosząc jajko bez rozbijania go lub kulę do kręgli bez upuszczania.

Odtworzenie tego poziomu czułości w dłoni robota w energooszczędny sposób stanowi duże wyzwanie inżynieryjne. W laboratorium profesora Fumiyi Iidy na Wydziale Inżynierii Cambridge badacze opracowują rozwiązania dotyczące tej i innych umiejętności, które dla ludzi są łatwe, ale dla robotów trudne.

– Miękkość ludzkich palców to jeden z powodów, dla których jesteśmy w stanie uchwycić przedmioty z odpowiednią siłą – stwierdził Parth Potdar z Wydziału Inżynierii Cambridge i student Pembroke College, pierwszego autora artykułu. – W robotyce miękkość jest przydatną cechą, ale potrzebnych jest także wiele informacji z czujników, a posiadanie obu na raz jest trudne, szczególnie w przypadku elastycznych lub odkształcalnych powierzchni.

Brajl jest idealnym testem dla „czucia palca” robota, ponieważ jego odczytanie wymaga dużej czułości, ponieważ kropki w każdym reprezentatywnym wzorze litery są blisko siebie. Naukowcy wykorzystali dostępny na rynku czujnik do opracowania automatycznego czytnika brajla, który dokładniej naśladuje ludzkie zachowania związane z czytaniem.

– Istnieją automatyczne czytniki alfabetu Braille’a, ale czytają one tylko jedną literę na raz, a nie tak, jak czytają ludzie – powiedział współautor David Hardman, również z Wydziału Inżynierii. -Istniejące automatyczne czytniki brajla działają w sposób statyczny: dotykają jednego wzoru litery, czytają go, podnoszą się z powierzchni, przesuwają, opadają na następny wzór litery i tak dalej. Chcemy czegoś bardziej realistycznego i znacznie wydajniejszego.

Robotyczny czujnik, którego użyli badacze, ma kamerę w „palcu” i odczytuje dane, wykorzystując kombinację informacji z kamery i czujników. „To trudny problem dla robotyków, ponieważ należy wykonać wiele operacji przetwarzania obrazu, aby usunąć rozmycie spowodowane ruchem, co jest czasochłonne i energochłonne” – powiedział Potdar.

Zespół opracował algorytmy uczenia maszynowego, dzięki którym automatyczny czytnik będzie w stanie „usunąć rozmycie” obrazów, zanim czujnik spróbuje rozpoznać litery. Wytrenowali algorytm na zestawie ostrych obrazów zapisanych w alfabecie Braille’a z zastosowanym fałszywym rozmyciem. Gdy algorytm nauczył się usuwać rozmycie liter, wykorzystał komputerowy model wizyjny do wykrycia i sklasyfikowania każdego znaku.

Po włączeniu algorytmów badacze przetestowali czytnik, szybko przesuwając go wzdłuż rzędów znaków brajlowskich. Automatyczny czytnik brajlowski mógł czytać z szybkością 315 słów na minutę przy 87% dokładności, czyli dwa razy szybciej i mniej więcej tak dokładnie jak ludzki czytnik brajla.

– Biorąc pod uwagę, że zastosowaliśmy algorytm fałszywego rozmycia pociągu, zaskakujące było, jak dokładny był on w czytaniu alfabetu Braille’a – powiedział Hardman. – Znaleźliśmy dobry kompromis między szybkością a dokładnością, co dotyczy również ludzkich czytelników.

– Szybkość odczytu alfabetu Braille’a to świetny sposób na zmierzenie wydajności dynamicznej systemów wykrywania dotykowego, więc nasze odkrycia mogą mieć zastosowanie poza brajlem, do zastosowań takich jak wykrywanie tekstur powierzchni lub poślizg podczas manipulacji robotami – powiedział Potdar.

Naukowcy mają nadzieję w przyszłości skalować tę technologię do rozmiarów humanoidalnej dłoni lub skóry. Badanie zostało częściowo wsparte przez globalny program badawczy Samsung Global Research Outreach Program.

Źródło: materiały Uniwersytet Cambridge, zdjęcie zajawka: Freepik