Stretchable e-skin and transformer enable high-resolution morphological reconstruction for soft robots

软机器人 人工智能 机器人 计算机科学 电容感应 机器人学 计算机视觉 模拟 操作系统
作者
Delin Hu,Francesco Giorgio-Serchi,Shiming Zhang,Yunjie Yang
出处
期刊:Nature Machine Intelligence [Nature Portfolio]
卷期号:5 (3): 261-272 被引量:70
标识
DOI:10.1038/s42256-023-00622-8
摘要

Many robotic tasks require knowledge of the exact 3D robot geometry. However, this remains extremely challenging in soft robotics because of the infinite degrees of freedom of soft bodies deriving from their continuum characteristics. Previous studies have achieved only low proprioceptive geometry resolution (PGR), thus suffering from loss of geometric details (for example, local deformation and surface information) and limited applicability. Here we report an intelligent stretchable capacitive e-skin to endow soft robots with high PGR (3,900) bodily awareness. We demonstrate that the proposed e-skin can finely capture a wide range of complex 3D deformations across the entire soft body through multi-position capacitance measurements. The e-skin signals can be directly translated to high-density point clouds portraying the complete geometry via a deep architecture based on transformer. This high PGR proprioception system providing millimetre-scale, local and global geometry reconstruction (2.322 ± 0.687 mm error on a 20 × 20 × 200 mm soft manipulator) can assist in solving fundamental problems in soft robotics, such as precise closed-loop control and digital twin modelling. Developing proprioception systems for flexible structures such as soft robots is a challenge. Hu et al. report a stretchable e-skin for soft robot proprioception. Combined with deep learning, the e-skin enables high-resolution 3D geometry reconstruction of the soft robot and can be applied in many scenarios, such as human–robot interaction.
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