Guiding the design of superresolution tactile skins with taxel value isolines theory

触觉传感器 计算机科学 机器人 信号(编程语言) 人工智能 接触力 敏捷软件开发 计算机视觉 物理 软件工程 量子力学 程序设计语言
作者
Huanbo Sun,Georg Martius
出处
期刊:Science robotics [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:7 (63) 被引量:55
标识
DOI:10.1126/scirobotics.abm0608
摘要

Tactile feedback is essential to make robots more agile and effective in unstructured environments. However, high-resolution tactile skins are not widely available; this is due to the large size of robust sensing units and because many units typically lead to fragility in wiring and to high costs. One route toward high-resolution and robust tactile skins involves the embedding of a few sensor units (taxels) into a flexible surface material and the use of signal processing to achieve sensing with superresolution accuracy. Here, we propose a theory for geometric superresolution to guide the development of tactile sensors of this kind and link it to machine learning techniques for signal processing. This theory is based on sensor isolines and allows us to compute the possible force sensitivity and accuracy in contact position and force magnitude as a spatial quantity before building a sensor. We evaluate the influence of different factors, such as elastic properties of the material, structure design, and transduction methods, using finite element simulations and by implementing real sensors. We empirically determine sensor isolines and validate the theory in two custom-built sensors with 1D and 2D measurement surfaces that use barometric units. Using machine learning methods to infer contact information, our sensors obtain an average superresolution factor of over 100 and 1200, respectively. Our theory can guide future tactile sensor designs and inform various design choices.
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