Probabilmente hai incontrato qualcuno che si identifica come uno studente visivo o uditivo, ma altri assorbono la conoscenza attraverso una modalità diversa: il tatto. Comprendere le interazioni tattili è particolarmente importante per attività come l’apprendimento di interventi chirurgici delicati e l’esecuzione di strumenti musicali, ma a differenza di video e audio, il tocco è difficile da registrare e trasferire.
Per affrontare questa sfida, i ricercatori del Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) del MIT e altrove hanno sviluppato un guanto intelligente ricamato in grado di catturare, riprodurre e trasmettere istruzioni basate sul tocco. Per integrare il dispositivo indossabile, il team ha anche sviluppato un semplice agente di apprendimento automatico che si adatta al modo in cui i diversi utenti reagiscono al feedback tattile, ottimizzando la loro esperienza. Il nuovo sistema potrebbe potenzialmente aiutare a insegnare alle persone le abilità fisiche, migliorare la teleoperazione reattiva dei robot e assistere nella formazione nella realtà virtuale.
Un accesso aperto foglio che descrive il lavoro è stato pubblicato in Comunicazioni sulla natura.
Potrò suonare il pianoforte?
Per creare il loro guanto intelligente, i ricercatori hanno utilizzato una macchina da ricamo digitale per incorporare perfettamente sensori tattili e attuatori tattili (un dispositivo che fornisce feedback basato sul tocco) nei tessuti. Questa tecnologia è presente negli smartphone, dove le risposte tattili vengono attivate toccando il touch screen. Ad esempio, se premi un’app per iPhone, sentirai una leggera vibrazione proveniente da quella parte specifica dello schermo. Allo stesso modo, il nuovo dispositivo indossabile adattivo invia feedback a diverse parti della mano per indicare movimenti ottimali per eseguire diverse abilità.
Il guanto intelligente potrebbe, ad esempio, insegnare agli utenti a suonare il pianoforte. In una dimostrazione, un esperto è stato incaricato di registrare una semplice melodia su una sezione di tasti, utilizzando il guanto intelligente per catturare la sequenza con cui premevano le dita sulla tastiera. Quindi, un agente di apprendimento automatico ha convertito quella sequenza in feedback tattile, che è stato poi inserito nei guanti degli studenti per seguirli come istruzioni. Con le mani sospese su quella stessa sezione, gli attuatori vibravano sulle dita corrispondenti ai tasti sottostanti. La pipeline ottimizza queste indicazioni per ciascun utente, tenendo conto della natura soggettiva delle interazioni tattili.
“Gli esseri umani si impegnano in un’ampia varietà di compiti interagendo costantemente con il mondo che li circonda”, afferma Yiyue Luo MS ’20, autore principale dell’articolo, studente di dottorato presso il Dipartimento di ingegneria elettrica e informatica (EECS) del MIT e affiliato CSAIL. . “Di solito non condividiamo queste interazioni fisiche con gli altri. Invece, spesso impariamo osservando i loro movimenti, come quando suoniamo il pianoforte e le coreografie.
“La sfida principale nella trasmissione delle interazioni tattili è che ognuno percepisce il feedback tattile in modo diverso”, aggiunge Luo. “Questo ostacolo ci ha ispirato a sviluppare un agente di apprendimento automatico che impara a generare aspetti tattili adattivi per i guanti dei singoli individui, introducendoli a un approccio più pratico per l’apprendimento del movimento ottimale.”
Il sistema indossabile è personalizzato per adattarsi alle specifiche della mano dell’utente tramite un metodo di fabbricazione digitale. Un computer produce un ritaglio basato sulle misurazioni manuali delle persone, quindi una macchina da ricamo cuce i sensori e le sensazioni tattili. Entro 10 minuti, il morbido capo indossabile in tessuto è pronto per essere indossato. Inizialmente addestrato sulle risposte tattili di 12 utenti, il suo modello di apprendimento automatico adattivo richiede solo 15 secondi di nuovi dati utente per personalizzare il feedback.
In altri due esperimenti, le indicazioni tattili con feedback sensibile al tempo sono state trasferite agli utenti che indossavano i guanti mentre giocavano ai videogiochi sul laptop. In un gioco di ritmo, i giocatori hanno imparato a seguire un percorso stretto e tortuoso per imbattersi in un’area di porta, mentre in un gioco di corse, i conducenti hanno raccolto monete e mantenuto l’equilibrio del loro veicolo nel loro percorso verso il traguardo. Il team di Luo ha scoperto che i partecipanti hanno ottenuto i punteggi di gioco più alti attraverso la sensazione tattile ottimizzata, anziché senza tattica e con una sensazione tattile non ottimizzata.
“Questo lavoro è il primo passo verso la creazione di agenti IA personalizzati che acquisiscono continuamente dati sull’utente e sull’ambiente”, afferma l’autore senior Wojciech Matusik, professore di ingegneria elettrica e informatica del MIT e capo del Computational Design and Fabrication Group all’interno di CSAIL. “Questi agenti poi li assistono nello svolgimento di compiti complessi, nell’apprendimento di nuove competenze e nella promozione di comportamenti migliori”.
Portare un’esperienza realistica nelle impostazioni elettroniche
Nella teleoperazione robotica, i ricercatori hanno scoperto che i loro guanti potevano trasferire le sensazioni di forza ai bracci robotici, aiutandoli a completare compiti di presa più delicati. “È un po’ come cercare di insegnare a un robot a comportarsi come un essere umano”, dice Luo. In un caso, il team del MIT ha utilizzato teleoperatori umani per insegnare a un robot come proteggere diversi tipi di pane senza deformarli. Insegnando la presa ottimale, gli esseri umani potrebbero controllare con precisione i sistemi robotici in ambienti come la produzione, dove queste macchine potrebbero collaborare in modo più sicuro ed efficace con i loro operatori.
“La tecnologia che alimenta il guanto intelligente ricamato è un’innovazione importante per i robot”, afferma Daniela Rus, Andrew (1956) ed Erna Viterbi professore di ingegneria elettrica e informatica al MIT, direttore del CSAIL e autore dell’articolo. “Con la sua capacità di catturare interazioni tattili ad alta risoluzione, simile alla pelle umana, questo sensore consente ai robot di percepire il mondo attraverso il tatto. La perfetta integrazione dei sensori tattili nei tessuti colma il divario tra azioni fisiche e feedback digitale, offrendo un vasto potenziale nella teleoperazione robotica reattiva e nella formazione immersiva nella realtà virtuale”.
Allo stesso modo, l’interfaccia potrebbe creare esperienze più coinvolgenti nella realtà virtuale. Indossare guanti intelligenti aggiungerebbe sensazioni tattili agli ambienti digitali dei videogiochi, dove i giocatori potrebbero percepire l’ambiente circostante per evitare gli ostacoli. Inoltre, l’interfaccia fornirebbe un’esperienza più personalizzata e basata sul tocco nei corsi di formazione virtuale utilizzati da chirurghi, vigili del fuoco e piloti, dove la precisione è fondamentale.
Sebbene questi dispositivi indossabili potrebbero fornire un’esperienza più pratica agli utenti, Luo e il suo gruppo credono di poter estendere la loro tecnologia indossabile oltre le dita. Con un feedback tattile più forte, le interfacce potrebbero guidare piedi, fianchi e altre parti del corpo meno sensibili delle mani.
Luo ha anche notato che con un agente di intelligenza artificiale più complesso, la tecnologia del suo team potrebbe aiutare in compiti più complessi, come manipolare l’argilla o guidare un aereo. Attualmente, l’interfaccia può assistere solo con movimenti semplici come premere un tasto o afferrare un oggetto. In futuro, il sistema del MIT potrebbe incorporare più dati degli utenti e fabbricare dispositivi indossabili più conformi e aderenti per tenere conto meglio dell’impatto dei movimenti della mano sulle percezioni tattili.
Scritto da Alex Shipps
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
