Il robot umanoide NEO sviluppa "mani agili": come le mani diventano l'API per entrare nel mondo fisico?

Fonte: 1X Technologies

Compilato da: Felix, PANews

Il 10 luglio, la società di robotica umanoide 1X Technologies ha presentato la nuova generazione di mani meccaniche a tendine per il robot umanoide NEO, dotate di 25 gradi di libertà (DOF), raggiungendo un livello di destrezza, forza, sicurezza e affidabilità vicino a quello umano.

Questo articolo si basa sulle informazioni ufficiali di 1X Technologies e ti offre uno sguardo dettagliato su questa mano meccanica.

La mano meccanica è progettata per superare il collo di bottiglia delle capacità hardware dei robot umanoidi, rendendo i dati l'unico ostacolo al miglioramento delle prestazioni del robot. Raggiungendo o superando le prestazioni delle mani umane in dimensioni chiave, si assicura che i modelli di intelligenza artificiale non siano più limitati dalla destrezza. Il robot NEO può ora eseguire quasi qualsiasi compito che le mani umane possono completare, con la precisione, l'adattabilità e la delicatezza richieste nell'ambiente reale.

Il robot umanoide è un computer che utilizza le mani come API.

Il modello, lo stack di percezione e le gambe determinano il grado di contatto del robot con il mondo. Le mani, invece, determinano cosa può fare, cosa può percepire e cosa possono fare gli sviluppatori che sviluppano su di esso. Un robot umanoide con pinze a due dita mostra solo tre azioni agli sviluppatori: afferrare, posizionare e spingere. Ogni applicazione scritta su questa piattaforma è una combinazione di queste tre azioni. Il limite delle capacità non è nel software, ma alla fine delle braccia.

Esperienza del mondo attraverso le punte delle dita.

Osservando una persona di fronte a un oggetto sconosciuto, noterai che preme su di esso per percepirne la durezza, scorre con le punte delle dita per percepirne la texture, ne valuta il peso, ne delinea il contorno per giudicarne la forma e lo schiaccia e lo rilascia per percepirne l'elasticità. Il tatto non è un'informazione trasmessa passivamente come una fotocamera; è un'esperienza. Le mani pongono domande con forza e ricevono risposte attraverso le articolazioni che pongono le domande. Questo è il modo in cui gli esseri umani comprendono gli oggetti e il modo in cui iniziano a imparare a operare: fin dall'infanzia, attraverso milioni di esplorazioni.

Ciò significa che le mani non sono semplicemente attuatori fissi alla fine di un sistema percettivo, ma sono esse stesse un sistema percettivo, uno strumento. E la qualità di questo strumento è determinata dall'intero sistema. Porre domande richiede un controllo della forza preciso. Leggere le risposte richiede retroazione e trasparenza della forza, in modo che il feedback possa tornare attraverso il meccanismo di trasmissione, piuttosto che rimanere bloccato nel dispositivo di trasmissione. Porre domande richiede libertà e precisione. Percepire le sfumature richiede pelle. Catturare rapidamente le risposte richiede larghezza di banda. E milioni di esplorazioni richiedono robustezza, poiché esplorare significa contatto, e il contatto inevitabilmente causa usura.

Le articolazioni sono sensori.

La maggior parte delle mani robotiche sono dispositivi di sola lettura. Dai un comando di posizione e la mano si muove lì, ma non restituisce alcuna informazione significativa. La ragione è nel dispositivo di trasmissione: con rapporti di trasmissione comuni di 100:1 e 200:1, l'attrito assorbe la forza di contatto prima che raggiunga il motore. Poiché le articolazioni della mano non hanno sensazione, i progettisti devono installare sensori esterni su di esse e dedurre cosa sta accadendo alle punte delle dita, proprio come si riprende una mano insensibile con una fotocamera.

Le mani del NEO sono leggibili e scrivibili. Sono state sviluppate da un team di ingegneri di prim'ordine da zero e funzionano con attuatori a guida diretta tramite tendini 1X a un rapporto di trasmissione basso di circa 5:1 a 15:1. Tutti i 25 gradi di libertà (22 gradi di libertà completamente azionati delle dita e del palmo, più 3 gradi di libertà del polso) hanno funzionalità di controllo della forza native e possono essere completamente retroazionati. Premendo le dita, reagiranno e riporteranno con precisione la forza che hai applicato. La forza fluisce verso l'esterno, mentre l'informazione fluisce verso l'interno lungo lo stesso percorso fisico. Questa è la trasparenza della forza, che può convertire la spinta in misurazioni.

C'è anche un meccanismo più sottile che opera in parallelo: la propriocezione. Poiché ogni articolazione è un circuito chiuso, anche senza guardare, la mano può sempre percepire la propria postura, proprio come si possono toccare le punte delle dita con gli occhi chiusi. La postura, insieme alla forza, è sempre realizzata attraverso le stesse 25 articolazioni.

25 modi di porre domande.

Cosa possono portare 25 gradi di libertà sensibili alla forza? Non per le articolazioni stesse, ma per una serie di azioni di presa e modi di porre domande. La distribuzione dei gradi di libertà è più importante della quantità: il modo in cui NEO distribuisce i gradi di libertà è coerente con l'anatomia umana e tende a un pollice realmente opponibile. Questa architettura è progettata per raggiungere il miglior equilibrio tra le capacità operative del robot e la reale produzione, controllo e manutenzione.

Queste nuove mani meccaniche possono raggiungere o superare il livello umano nelle operazioni di precisione. NEO può assemblare mattoncini LEGO, estrarre viti e monete dal portafoglio, ruotare e installare lampadine, utilizzare cacciaviti, ruotare oggetti nelle mani, tirare su cerniere di giacche, ordinare uva per colore, versare tè da una teiera, afferrare palline morbide, inserire caricabatterie USB-C, sollevare bicchieri, pulire superfici con fazzoletti e spray, comunicare tramite linguaggio dei segni e molto altro.

Queste mani meccaniche, dotate di 25 gradi di libertà, hanno un grado di protezione IP68 e standard di sicurezza alimentare, consentendo a NEO di lavarsi le mani autonomamente come un essere umano. Il picco di coppia dell'articolazione del pollice può raggiungere 3,5 Nm, il picco di coppia delle articolazioni delle dita può raggiungere 2,6 Nm, e la forza di flessione distale può arrivare fino a 45 N. La coppia dell'articolazione del polso può raggiungere 17,75 Nm. Questo consente alla mano meccanica di eseguire afferrazioni complete, utilizzo di strumenti, sollevamento e movimentazione, apertura di porte, spinta di carrelli carichi e pinzatura precisa in condizioni di carico, mantenendo al contempo una flessibilità totale. Con una precisione di posizionamento di ±0,2 millimetri, possono lavorare in spazi ristretti (e percepire oggetti).

L'ultimo mezzo millimetro.

La pelle aumenta i canali informativi. I dati tattili sono un'immagine. Hanno un intervallo dinamico, risoluzione, canali e campo visivo. Le mani sono dotate di sensori tattili ricchi e ad alta risoluzione sulle punte e sulla superficie, in grado di misurare la forza normale, la posizione di contatto e la forza di taglio. Questo consente a NEO di rilevare quando un oggetto inizia a scivolare e di reagire in tempo reale. Le visualizzazioni mostrano il vettore normale della superficie di contatto, la mappa di calore della pressione durante una stretta di mano e la presa delicata di oggetti fragili senza causare danni.

Il design della pelle collabora con i sensori interni e i tendini sottostanti. È un materiale funzionale, non decorativo. Poiché la sola visione non è sufficiente per completare molte attività (soprattutto quando si trattano oggetti piccoli, trasparenti, deformabili o nascosti), questo feedback tattile è cruciale per operazioni intelligenti adattive.

Inoltre, queste mani meccaniche sono progettate per operazioni continue, mantenendo le prestazioni anche dopo milioni di cicli di interazione. L'affidabilità è integrata nel design di ogni sottosistema e componente: cablaggio dei tendini, cuscinetti, struttura delle dita, cablaggio dei cavi, integrazione tattile, componenti elettronici e processi di assemblaggio. I componenti e l'intero assemblaggio delle dita hanno superato milioni di cicli di test, le unità di azionamento sono state testate a temperature estreme e l'articolazione del polso ha superato oltre 2 milioni di cicli di verifica dell'affidabilità sotto carico elevato.

L'intera mano soddisfa gli standard IP68, garantendo ulteriormente la sicurezza: un rapporto di trasmissione molto basso, combinato con azionamenti a tendine e bassa inerzia distale, consente di azionare in modo sicuro le dita anche in caso di impatti esterni. Video in slow motion mostrano che la mano reagisce quando viene colpita, martellata, bloccata in un cassetto chiuso o colpita da polistirolo.

L'hardware sottostante.

Le prestazioni dell'interfaccia di programmazione delle applicazioni (API) dipendono dal suo livello fisico. I motori si trovano nell'avambraccio, dove si trova la maggior parte della forza di presa umana, e vengono azionati tramite tendini speciali sul polso. Questo è come la mano leggera riesce a generare una potenza così forte mantenendo una temperatura sufficientemente bassa, consentendo un funzionamento continuo.

La mano meccanica integra strettamente motori sviluppati internamente, componenti elettronici personalizzati, sensori embedded, sistemi di tendini specializzati, dispositivi di trasmissione compatti e firmware specifici per la mano. Questa integrazione verticale profonda consente iterazioni rapide e miglioramenti cumulativi. Ogni dispositivo, dal materiale dei tendini e dal motore 1X fino ai polimeri morbidi finali, alla pelle e ai componenti tattili, è realizzato internamente. Quest'anno saranno prodotti 10.000 mani meccaniche.

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