Weiche Roboter erkennen menschliche Berührung per Kamera und Schatten – kostengünstige, berührungslose Lösung

Forschern ist eine kostengünstige Methode gelungen, damit weiche, verformbare Roboter eine Reihe physischer Interaktionen – von Klopfen über Schlagen bis Umarmungen – detektieren können, ohne sich auf Berührung zu verlassen. Stattdessen erfasst eine im Roboterinneren platzierte USB-Kamera die Schattenbewegungen von Handgesten auf der Roboterhaut und klassifiziert sie mit Machine-Learning-Software.

Berührung als Kommunikationsmodus

Berührung ist ein wichtiger Kommunikationsmodus für die meisten Organismen, war aber in der Mensch-Roboter-Interaktion praktisch abwesend. Ein Grund ist, dass Ganzkörper-Berührung früher eine massive Anzahl an Sensoren erforderte und daher nicht praktikabel zu implementieren war.

Ursprung: Aufblasbare Rettungsroboter

Die ShadowSense-Technologie entstand durch Arbeiten zur Entwicklung aufblasbarer Roboter, die Menschen bei Notfallevakuierungen in Sicherheit führen könnten. Ein solcher Roboter müsste in extremen Bedingungen und Umgebungen mit Menschen kommunizieren können. Stellen Sie sich einen Roboter vor, der jemanden physisch durch einen lauten, rauchgefüllten Korridor führt, indem er den Druck der Hand der Person detektiert.

Gegenintuitiver Ansatz: Sehen statt Fühlen

Anstatt eine große Anzahl an Kontaktsensoren zu installieren – was Gewicht und komplexe Verkabelung zum Roboter hinzufügen und in einer sich verformenden Haut schwer einzubetten wäre – wählte das Team einen gegenintuitiven Ansatz. Um Berührung zu erfassen, schauten sie auf Sicht. Indem sie eine Kamera im Roboterinneren platzierten, können sie ableiten, wie die Person den Roboter berührt und was die Absicht der Person ist, indem sie nur die Schattenbilder betrachten.

Prototyp und Erkennungsgenauigkeit

Der Prototyp-Roboter besteht aus einer weichen, aufblasbaren Blase aus Nylonhaut, die um ein zylindrisches Skelett von ca. 1,20 m Höhe gespannt ist, das auf einer mobilen Basis montiert ist. Unter der Roboterhaut befindet sich eine USB-Kamera, die mit einem Laptop verbunden ist. Die Forscher entwickelten einen neuronal-netz-basierten Algorithmus, der zuvor aufgezeichnete Trainingsdaten nutzt, um sechs Berührungsgesten zu unterscheiden – Berühren mit der Handfläche, Schlagen, Berühren mit zwei Händen, Umarmen, Zeigen und gar nicht berühren – mit einer Genauigkeit von 87,5 bis 96 %, abhängig von der Beleuchtung.

Reaktionsfähigkeit und Datenschutz

Der Roboter kann programmiert werden, auf bestimmte Berührungen und Gesten zu reagieren, wie Wegrollen oder Ausgeben einer Nachricht über einen Lautsprecher. Und die Roboterhaut hat das Potenzial, in einen interaktiven Bildschirm verwandelt zu werden. Durch Sammeln ausreichender Daten könnte ein Roboter trainiert werden, ein noch breiteres Vokabular an Interaktionen zu erkennen, maßgeschneidert für die Aufgabe des Roboters.

Der Roboter muss nicht einmal ein Roboter sein. ShadowSense-Technologie kann in andere Materialien integriert werden, wie Ballons, und sie in berührungsempfindliche Geräte verwandeln. In Zukunft werden die Forscher versuchen, optische Geräte wie Linsen und Spiegel zu nutzen, um zusätzliche Formfaktoren zu ermöglichen.

ShadowSense bietet auch Privatsphäre. Wenn der Roboter einen Menschen nur in Form seines Schattens sehen kann, kann er detektieren, was die Person tut, ohne hochauflösende Bilder ihres Aussehens aufzunehmen. Dies bietet einen physischen Filter und Schutz und psychologischen Komfort.

Die Fähigkeit, physisch zu interagieren und die Bewegungen und Stimmungen einer Person zu verstehen, könnte letztendlich genauso wichtig für die Person sein wie für den Roboter.