Περίληψη άρθρου:

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ ανέπτυξαν έναν ρομποτικό αισθητήρα που χρησιμοποιεί τεχνητή νοημοσύνη για να διαβάζει τη γραφή Braille με διπλάσια ταχύτητα από τους περισσότερους ανθρώπους. Ο αισθητήρας, που ενσωματώνει αλγόριθμους μηχανικής μάθησης, μπορεί να διαβάζει τη γραφή μπράιγ με 315 λέξεις ανά λεπτό με ακρίβεια σχεδόν 90%. Αν και δεν έχει σχεδιαστεί ως βοηθητική τεχνολογία, οι ερευνητές πιστεύουν ότι η υψηλή ευαισθησία που απαιτείται για την ανάγνωση της γραφής μπράιγ τον καθιστά ιδανικό για τη δοκιμή ρομποτικών χεριών ή προσθετικών με ευαισθησία συγκρίσιμη με τις ανθρώπινες άκρες των δακτύλων. Η έρευνα έχει συνέπειες για τη βελτίωση των συστημάτων ανίχνευσης αφής στη ρομποτική και σε άλλες εφαρμογές.

 

Κύρια σημεία του άρθρου:

• Ερευνητές ανέπτυξαν έναν ρομποτικό αισθητήρα που μπορεί να διαβάζει τη γραφή Braille με διπλάσια ταχύτητα από τους περισσότερους ανθρώπινους αναγνώστες.
• Το ρομπότ μπόρεσε να διαβάσει τη γραφή μπράιγ με 315 λέξεις ανά λεπτό με ακρίβεια σχεδόν 90%.
• Οι ερευνητές πιστεύουν ότι η υψηλή ευαισθησία που απαιτείται για την ανάγνωση της γραφής μπράιγ την καθιστά κατάλληλο τεστ για την ανάπτυξη ρομποτικών χεριών ή προσθετικών με παρόμοια ευαισθησία με τις ανθρώπινες άκρες των δακτύλων.
• Τα ανθρώπινα ακροδάχτυλα είναι ευαίσθητα και παρέχουν πληροφορίες σχετικά με την υφή και τη δύναμη, κάτι που είναι δύσκολο να αναπαραχθεί σε ένα ρομποτικό χέρι.
• Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν αλγορίθμους μηχανικής μάθησης για να διδάξουν στον ρομποτικό αισθητήρα να διαβάζει με μεγαλύτερη ακρίβεια τη γραφή Μπράιγ, ενσωματώνοντας τεχνικές επεξεργασίας εικόνας για την αφαίρεση του θολώματος της κίνησης.
• Ο ρομποτικός αναγνώστης Braille μπορεί να ολισθαίνει γρήγορα κατά μήκος σειρών χαρακτήρων Braille και να διαβάζει με 315 λέξεις ανά λεπτό με ακρίβεια 87%, παρόμοια με έναν ανθρώπινο αναγνώστη Braille.

 

Αναλυτικά το άρθρο:

Ερευνητές ανέπτυξαν έναν ρομποτικό αισθητήρα που ενσωματώνει τεχνικές τεχνητής νοημοσύνης για να διαβάζει τη γραφή Braille με ταχύτητα περίπου διπλάσια από εκείνη των περισσότερων ανθρώπινων αναγνωστών.

Η ερευνητική ομάδα, από το Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ, χρησιμοποίησε αλγορίθμους μηχανικής μάθησης για να διδάξει σε έναν ρομποτικό αισθητήρα να γλιστράει γρήγορα πάνω σε γραμμές κειμένου Braille.

Το ρομπότ ήταν σε θέση να διαβάσει τη γραφή μπράιγ με 315 λέξεις ανά λεπτό με ακρίβεια σχεδόν 90%.

Αν και το ρομποτικό σύστημα ανάγνωσης της γραφής Braille δεν αναπτύχθηκε ως βοηθητική τεχνολογία, οι ερευνητές λένε ότι η υψηλή ευαισθησία που απαιτείται για την ανάγνωση της γραφής Braille το καθιστά ιδανικό τεστ για την ανάπτυξη ρομποτικών χεριών ή προσθετικών με ευαισθησία ανάλογη με αυτή των ανθρώπινων δακτύλων.

Τα αποτελέσματα αναφέρονται στο περιοδικό IEEE Robotics and Automation Letters.

Τα ανθρώπινα ακροδάχτυλα είναι εξαιρετικά ευαίσθητα και μας βοηθούν να συλλέγουμε πληροφορίες για τον κόσμο γύρω μας. Τα ακροδάχτυλά μας μπορούν να ανιχνεύσουν μικροσκοπικές αλλαγές στην υφή ενός υλικού ή να μας βοηθήσουν να γνωρίζουμε πόση δύναμη πρέπει να χρησιμοποιήσουμε όταν πιάνουμε ένα αντικείμενο: για παράδειγμα, να σηκώσουμε ένα αυγό χωρίς να το σπάσουμε ή μια μπάλα του μπόουλινγκ χωρίς να μας πέσει.

Η αναπαραγωγή αυτού του επιπέδου ευαισθησίας σε ένα ρομποτικό χέρι, με τρόπο ενεργειακά αποδοτικό, είναι μια μεγάλη πρόκληση για τη μηχανική.

Στο εργαστήριο του καθηγητή Fumiya Iida στο Τμήμα Μηχανολογίας του Cambridge, οι ερευνητές αναπτύσσουν λύσεις για αυτή και άλλες δεξιότητες που οι άνθρωποι βρίσκουν εύκολα, αλλά τα ρομπότ δύσκολα.

"Η απαλότητα των ανθρώπινων άκρων των δακτύλων είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους είμαστε σε θέση να πιάνουμε τα πράγματα με τη σωστή ποσότητα πίεσης", δήλωσε ο Parth Potdar από το Τμήμα Μηχανικών του Cambridge και προπτυχιακός φοιτητής στο Pembroke College, πρώτος συγγραφέας της δημοσίευσης.

"Για τη ρομποτική, η απαλότητα είναι ένα χρήσιμο χαρακτηριστικό, αλλά χρειάζεσαι επίσης πολλές πληροφορίες από τους αισθητήρες, και είναι δύσκολο να έχεις και τα δύο ταυτόχρονα, ειδικά όταν έχεις να κάνεις με εύκαμπτες ή παραμορφώσιμες επιφάνειες."

Η γραφή Braille αποτελεί ιδανική δοκιμασία για ένα ρομποτικό "δάχτυλο", καθώς η ανάγνωσή της απαιτεί υψηλή ευαισθησία, καθώς οι κουκκίδες σε κάθε αντιπροσωπευτικό σχέδιο γραμμάτων βρίσκονται τόσο κοντά μεταξύ τους.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν έναν αισθητήρα από το ράφι για να αναπτύξουν ένα ρομποτικό αναγνώστη μπράιγ που αναπαράγει με μεγαλύτερη ακρίβεια την ανθρώπινη συμπεριφορά ανάγνωσης.

"Υπάρχουν υπάρχοντες ρομποτικοί αναγνώστες Braille, αλλά διαβάζουν μόνο ένα γράμμα κάθε φορά, κάτι που δεν συμβαίνει με τον τρόπο που διαβάζουν οι άνθρωποι", δήλωσε ο συν-συγγραφέας David Hardman, επίσης από το Τμήμα Μηχανικών.

"Οι υπάρχουσες ρομποτικές συσκευές ανάγνωσης Braille λειτουργούν με στατικό τρόπο: αγγίζουν ένα σχέδιο γραμμάτων, το διαβάζουν, ανασηκώνονται από την επιφάνεια, μετακινούνται, κατεβαίνουν στο επόμενο σχέδιο γραμμάτων και ούτω καθεξής. Θέλουμε κάτι που να είναι πιο ρεαλιστικό και πολύ πιο αποτελεσματικό".

Ο ρομποτικός αισθητήρας που χρησιμοποίησαν οι ερευνητές έχει μια κάμερα στο "δάχτυλό" του και διαβάζει χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό των πληροφοριών από την κάμερα και τους αισθητήρες.

"Αυτό είναι ένα δύσκολο πρόβλημα για τους ρομποτιστές, καθώς πρέπει να γίνει πολλή επεξεργασία εικόνας για να αφαιρεθεί το θόλωμα της κίνησης, κάτι που απαιτεί χρόνο και ενέργεια", δήλωσε ο Potdar.

Η ομάδα ανέπτυξε αλγορίθμους μηχανικής μάθησης, ώστε ο ρομποτικός αναγνώστης να είναι σε θέση να "ξεθωριάζει" τις εικόνες πριν ο αισθητήρας επιχειρήσει να αναγνωρίσει τα γράμματα.

Εκπαίδευσαν τον αλγόριθμο σε ένα σύνολο ευκρινών εικόνων Braille με ψεύτικη θολούρα.

Αφού ο αλγόριθμος έμαθε να θολώνει τα γράμματα, χρησιμοποίησαν ένα μοντέλο υπολογιστικής όρασης για να εντοπίσουν και να ταξινομήσουν κάθε χαρακτήρα.

Αφού ενσωματώθηκαν οι αλγόριθμοι, οι ερευνητές δοκίμασαν τον αναγνώστη τους γλιστρώντας τον γρήγορα κατά μήκος σειρών χαρακτήρων Braille.

Ο ρομποτικός αναγνώστης Braille μπορούσε να διαβάσει 315 λέξεις ανά λεπτό με ακρίβεια 87%, δηλαδή δύο φορές πιο γρήγορα και με την ίδια περίπου ακρίβεια με έναν ανθρώπινο αναγνώστη Braille.

"Λαμβάνοντας υπόψη ότι χρησιμοποιήσαμε ψεύτικο θόλωμα για την εκπαίδευση του αλγορίθμου, ήταν εκπληκτικό το πόσο ακριβές ήταν στην ανάγνωση της γραφής Μπράιγ", δήλωσε ο Hardman.

"Βρήκαμε έναν καλό συμβιβασμό μεταξύ ταχύτητας και ακρίβειας, κάτι που συμβαίνει και με τους ανθρώπινους αναγνώστες".

"Η ταχύτητα ανάγνωσης της γραφής Braille είναι ένας πολύ καλός τρόπος μέτρησης της δυναμικής απόδοσης των συστημάτων απτικής ανίχνευσης, οπότε τα ευρήματά μας θα μπορούσαν να εφαρμοστούν πέρα από τη γραφή Braille, για εφαρμογές όπως η ανίχνευση επιφανειακών υφών ή η ολίσθηση σε ρομποτικούς χειρισμούς", δήλωσε ο Potdar.

Στο μέλλον, οι ερευνητές ελπίζουν να κλιμακώσουν την τεχνολογία στο μέγεθος ενός ανθρωποειδούς χεριού ή δέρματος. Η έρευνα υποστηρίχθηκε εν μέρει από το Παγκόσμιο Πρόγραμμα Ερευνητικής Προβολής της Samsung.

 

Πηγή: Robot trained to read braille at twice the speed of humans