Robot hình người gia đình NEO phát triển "bàn tay khéo léo": Bàn tay trở thành API để bước vào thế giới vật lý như thế nào?

Nguồn: 1X Technologies

Biên tập: Felix, PANews

Ngày 10 tháng 7, công ty robot hình người 1X Technologies đã ra mắt thế hệ robot hình người NEO với bàn tay cơ khí điều khiển bằng gân, có 25 bậc tự do (DOF), đạt được độ khéo léo, sức mạnh, độ an toàn và độ tin cậy gần đạt mức của con người.

Bài viết này dựa trên giới thiệu chính thức của 1X Technologies, mang đến cho bạn cái nhìn tổng quan về chi tiết của bàn tay cơ khí này.

Bàn tay cơ khí nhằm phá vỡ giới hạn khả năng phần cứng của robot hình người, để dữ liệu trở thành rào cản duy nhất trong việc nâng cao hiệu suất của robot. Bằng cách đạt được hoặc thậm chí vượt qua hiệu suất của bàn tay người ở các khía cạnh quan trọng, đảm bảo rằng mô hình AI không còn bị giới hạn bởi độ khéo léo. Robot NEO hiện có thể thực hiện hầu hết mọi nhiệm vụ mà đôi tay con người có thể làm, với độ chính xác, khả năng thích ứng và sự nhẹ nhàng cần thiết trong môi trường thực tế.

Robot hình người là một chiếc máy tính với đôi tay là API

Mô hình, ngăn xếp cảm nhận và chân quyết định mức độ mà máy có thể tiếp xúc với thế giới. Trong khi đó, đôi tay quyết định nó có thể làm gì, nó có thể cảm nhận được gì, và bất kỳ nhà phát triển nào dựa vào nó có thể làm gì. Một robot hình người với kẹp hai ngón tay chỉ cho nhà phát triển thấy ba hành động: nắm, đặt, đẩy. Mọi ứng dụng được viết trên nền tảng này đều là sự kết hợp của ba hành động này. Giới hạn khả năng không nằm trong phần mềm, mà nằm ở cuối cánh tay.

Trải nghiệm thế giới qua đầu ngón tay

Khi quan sát một người đối diện với một vật thể lạ, bạn sẽ thấy họ ấn vào nó để cảm nhận độ cứng, lướt ngón tay để cảm nhận kết cấu, cân nặng của nó, phác thảo hình dạng để xác định hình dáng, và nén hoặc thả ra để cảm nhận độ đàn hồi. Cảm giác không giống như camera truyền tải thông tin một cách thụ động, mà là một cuộc thử nghiệm. Bàn tay đặt ra câu hỏi một cách mạnh mẽ và nhận câu trả lời thông qua các khớp đặt câu hỏi. Đây là cách con người hiểu các vật thể, và cũng là cách con người học cách thao tác ban đầu: bắt đầu từ thời thơ ấu, thông qua hàng triệu lần khám phá.

Điều này có nghĩa là bàn tay không chỉ là một bộ phận thực thi cố định ở cuối hệ thống cảm nhận, mà chính nó là một hệ thống cảm nhận, một công cụ. Chất lượng của nó như một công cụ được quyết định bởi toàn bộ hệ thống. Đặt câu hỏi cần kiểm soát lực chính xác. Đọc câu trả lời cần có khả năng điều khiển ngược và tính minh bạch của lực, để phản hồi có thể quay trở lại qua cơ chế truyền tải, thay vì bị kẹt trong bộ truyền động. Đặt câu hỏi cần có độ tự do và độ chính xác. Cảm nhận những điều tinh tế cần có làn da. Nhanh chóng nắm bắt câu trả lời cần có băng thông. Và hàng triệu lần khám phá cần có độ bền, vì khám phá có nghĩa là tiếp xúc, và tiếp xúc chắc chắn sẽ gây ra sự mài mòn.

Khớp là cảm biến

Hầu hết các bàn tay robot chỉ là thiết bị đọc. Bạn phát ra một lệnh vị trí, bàn tay di chuyển đến đó, nhưng không trả về bất kỳ thông tin có ý nghĩa nào. Nguyên nhân là do bộ truyền động: với tỷ lệ bánh răng phổ biến 100:1 và 200:1, lực ma sát sẽ hấp thụ lực tiếp xúc trước khi nó đến động cơ. Vì các khớp của bàn tay không có cảm giác, nên các nhà thiết kế cần lắp đặt cảm biến bên ngoài và suy luận về những gì xảy ra ở đầu ngón tay, giống như chụp ảnh một bàn tay không có cảm giác bằng camera.

Bàn tay của NEO có thể đọc và ghi. Nó được phát triển từ đầu bởi một đội ngũ kỹ sư hàng đầu, hoạt động bằng cách sử dụng bộ điều khiển gân 1X với tỷ lệ bánh răng thấp khoảng 5:1 đến 15:1. Tất cả 25 bậc tự do (22 bậc tự do hoàn toàn điều khiển của ngón tay và lòng bàn tay, cộng với 3 bậc tự do của cổ tay) đều có chức năng kiểm soát lực nguyên bản và có thể hoàn toàn điều khiển ngược. Khi bạn ấn ngón tay, nó sẽ phản ứng và báo cáo chính xác mức độ lực mà bạn đã áp dụng. Lực chảy ra ngoài, thông tin chảy vào theo cùng một con đường vật lý. Đây là tính minh bạch của lực, nó có thể chuyển đổi lực đẩy thành giá trị đo lường.

Còn có một cơ chế tinh tế hơn diễn ra song song: cảm giác bản thể. Bởi vì mỗi khớp đều là vòng kín, nên ngay cả khi không nhìn, bàn tay vẫn có thể cảm nhận tư thế của chính nó, giống như khi nhắm mắt vẫn có thể chạm vào đầu ngón tay. Tư thế cộng với lực luôn được thực hiện qua cùng 25 khớp đó.

25 cách đặt câu hỏi

25 bậc tự do cảm nhận lực mang lại điều gì? Không phải cho chính các khớp, mà cho một loạt các hành động nắm và cách đặt câu hỏi. Cách phân bổ bậc tự do quan trọng hơn số lượng: cách phân bổ bậc tự do của NEO tương đồng với cấu trúc giải phẫu của cơ thể người và thiên về ngón cái có thể chống lại thực sự. Cấu trúc này nhằm đạt được sự cân bằng tốt nhất giữa khả năng thao tác của robot và việc sản xuất, kiểm soát và bảo trì thực tế.

Những bàn tay cơ khí mới này có thể đạt được hoặc thậm chí vượt qua mức độ tinh vi của con người. NEO có thể lắp ráp các khối Lego, lấy ốc vít và đồng xu từ ví, xoay và lắp bóng đèn, sử dụng tua vít, xoay các vật thể trong tay, kéo khóa áo khoác, phân loại nho theo màu sắc, rót trà từ ấm, bắt bóng mềm, cắm sạc USB-C, cầm ly rượu, lau bề mặt bằng khăn giấy và xịt, giao tiếp bằng ngôn ngữ ký hiệu, và nhiều chức năng khác nữa.

Cặp bàn tay với 25 bậc tự do này đạt tiêu chuẩn chống nước IP68 và tiêu chuẩn an toàn thực phẩm, cho phép NEO tự rửa tay như con người. Mô-men xoắn tối đa của khớp ngón cái có thể đạt 3.5 Nm, mô-men xoắn tối đa của khớp ngón tay có thể đạt 2.6 Nm, lực gập tối đa ở đầu xa có thể đạt 45 N. Mô-men xoắn của khớp cổ tay có thể đạt 17.75 Nm. Điều này cho phép bàn tay cơ khí thực hiện nắm toàn bộ, sử dụng công cụ, nâng và vận chuyển, mở cửa, đẩy xe tải đã được tải, và thực hiện các nắm chính xác trong điều kiện tải trọng, đồng thời duy trì hoàn toàn tính linh hoạt. Với độ chính xác định vị ±0.2 mm, chúng có thể làm việc trong phạm vi nhỏ (và cảm nhận các vật thể).

Nửa milimét cuối cùng

Làn da tăng cường các kênh thông tin. Dữ liệu cảm giác giống như một hình ảnh. Nó có phạm vi động, độ phân giải, kênh và tầm nhìn. Đôi tay được trang bị cảm biến cảm giác phong phú và độ phân giải cao ở đầu ngón tay và bề mặt, có thể đo lực pháp tuyến, vị trí tiếp xúc và lực cắt. Điều này cho phép NEO phát hiện khi nào một vật thể bắt đầu trượt và phản ứng ngay lập tức. Dữ liệu hình ảnh hiển thị vector pháp tuyến của bề mặt tiếp xúc, bản đồ nhiệt áp lực khi bắt tay, và nắm bắt tinh tế các vật thể dễ vỡ mà không gây hư hại.

Thiết kế làn da phối hợp với cảm biến bên trong và gân phía sau. Nó là một vật liệu chức năng, không phải vật liệu trang trí. Bởi vì chỉ dựa vào thị giác không đủ để hoàn thành nhiều nhiệm vụ (đặc biệt là khi xử lý các vật thể nhỏ, trong suốt, biến dạng hoặc bị che khuất), phản hồi cảm giác này rất quan trọng cho các thao tác thông minh thích ứng.

Hơn nữa, những bàn tay cơ khí này được thiết kế để hoạt động liên tục, ngay cả sau hàng triệu chu kỳ tương tác vẫn duy trì hiệu suất. Độ tin cậy được tích hợp trong thiết kế của từng hệ thống con và thành phần: đường đi của gân, ổ bi, cấu trúc ngón tay, bố trí cáp, tích hợp cảm giác, linh kiện điện tử và quy trình lắp ráp. Các thành phần và toàn bộ ngón tay đã trải qua hàng triệu chu kỳ thử nghiệm, đơn vị điều khiển đã được thử nghiệm ở nhiệt độ cực đoan, và khớp cổ tay đã trải qua hơn 2 triệu chu kỳ kiểm tra độ tin cậy dưới tải trọng cao.

Toàn bộ bàn tay đạt tiêu chuẩn IP68 càng đảm bảo an toàn: tỷ lệ bánh răng cực thấp, kết hợp với gân điều khiển và quán tính thấp ở đầu xa, ngay cả khi bị va chạm bên ngoài, cũng có thể an toàn điều khiển ngược các ngón tay. Video chuyển động chậm cho thấy, khi bị đánh, đập, kẹp trong ngăn kéo đóng hoặc va chạm với xốp, bàn tay này vẫn có thể phản ứng.

Phần cứng phía sau

Hiệu suất của giao diện lập trình ứng dụng (API) phụ thuộc vào lớp vật lý của nó. Động cơ nằm ở cẳng tay, nơi mà phần lớn sức mạnh nắm của cơ thể con người nằm, được điều khiển thông qua gân chuyên dụng trên cổ tay. Đây là cách mà bàn tay nhẹ nhàng tạo ra sức mạnh mạnh mẽ như vậy trong khi vẫn giữ nhiệt độ đủ thấp để hoạt động liên tục.

Bàn tay cơ khí tích hợp chặt chẽ động cơ tự phát triển, linh kiện điện tử tùy chỉnh, cảm biến nhúng, hệ thống gân chuyên dụng, bộ truyền động nhỏ gọn và firmware chuyên dụng cho bàn tay. Sự tích hợp sâu sắc này cho phép cải tiến nhanh chóng và tích lũy. Mỗi thiết bị từ vật liệu gân và động cơ 1X đến polymer mềm cuối cùng, làn da và các thành phần cảm giác đều được thực hiện nội bộ. Năm nay, có thể sản xuất 10.000 bàn tay cơ khí.

Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Nội dung này chỉ được cung cấp nhằm mục đích xây dựng thương hiệu và cung cấp thông tin chung, không phải là lời khuyên về tài chính, đầu tư, pháp lý hoặc thuế. Mọi sự kiện, phần thưởng, sự kiện trực tuyến hoặc thông tin liên quan được đề cập trong nội dung này không được xem là khuyến nghị, chào mời hoặc lời mời mua, bán, giao dịch hoặc thực hiện bất kỳ hoạt động nào khác liên quan đến tài sản crypto hay sử dụng bất kỳ dịch vụ nào. Tài sản crypto có mức biến động cao và có thể dẫn đến thua lỗ. Dịch vụ và các sự kiện trực tuyến của WEEX có thể không khả dụng tại tất cả khu vực và phải tuân theo các luật, quy định và điều kiện đủ điều kiện hiện hành. Bạn có trách nhiệm bảo đảm việc sử dụng các dịch vụ của WEEX tuân thủ luật pháp địa phương và tự đánh giá cẩn thận các rủi ro trước khi tham gia bất kỳ hoạt động nào liên quan đến crypto.