Seit Jahren ist Shadow Hand von Shadow Robot Company wohl der Goldstandard in der Robotermanipulation. Schön und teuer, seine Fähigkeit, die Größe und Funktionalität menschlicher Hände nachzuahmen, macht es ideal für komplexe Aufgaben. Ich habe persönlich erlebt, wie großartig es ist, Shadow Hands in einer Teleoperationsumgebung zu verwenden, und ich kann mir kaum etwas Besseres vorstellen.

Das Problem mit der ursprünglichen Shadow-Hand war (und ist immer noch) die Zerbrechlichkeit. Im Forschungsumfeld hat dies gut funktioniert, nur dass sich die Forschung verändert: Robotiker programmieren Manipulationsaufgaben nicht mehr sorgfältig von Hand. Jetzt dreht sich alles um maschinelles Lernen, bei dem Roboterhände immer wieder massiv versagen müssen, bis sie genug Daten sammeln, um herauszufinden, wie sie erfolgreich sein können.

„Wir suchten eher nach Robustheit und Leistung als nach Anthropomorphismus, menschlicher Größe und Form.“ —Rich Walker, Company of Ghost Robots

Dies mit einer Schattenhand zu tun war einfach nicht realistisch, was Google DeepMind vor fünf Jahren erkannte, als sie Shadow Robot baten, ihnen eine neue Hand mit Hardware zu bauen, die in der Lage ist, die Art von Trainingsumgebungen zu bewältigen, die heute die Manipulationsforschung charakterisieren. Deshalb hat Shadow Robot das letzte halbe Jahrzehnt damit verbracht, an einer neuen dreifingrigen Schattenhand zu arbeiten, die das Unternehmen heute enthüllt hat. Das Unternehmen nennt es treffend „die neue Schattenhand“.

Wie Sie sehen können, ist dieses Ding ein absolutes Biest. Shadow Robot behauptet, die neue Hand sei „robust gegen eine erhebliche Menge an Missbrauch, einschließlich aggressiver Krafteinwirkung, Abrieb und Stößen“. Aber ein Teil des Problems ist die Roboterhand Schöpfer „Missbrauch“ nennen könnte, die Manipulation von Robotern Forscher könnte durchaus als „Fortschritt“ bezeichnet werden, und die Hand ist so konzipiert, dass sie Manipulationsforschungen standhält, die die Grenzen dessen verschieben, wozu Roboter-Hardware und -Software physikalisch fähig sind.

Shadow Robot ist sich bewusst, dass diese neue Hand trotz größter technischer Bemühungen immer noch gelegentlich kaputt geht (weil es sich um einen Roboter handelt und das ist es, was Roboter tun), weshalb das Unternehmen sie so konzipiert hat, dass sie modular und leicht zu reparieren ist. Jeder Finger ist eine eigenständige Einheit, die leicht ausgetauscht werden kann. Fünf Maxon-Motoren an der Basis des Fingers treiben die vier Fingergelenke über Kabel an, sodass kein Spiel mehr erforderlich ist von Zeit zu Zeit, aber es ist viel einfacher, dies auf der neuen Schattenhand zu tun als auf dem Original. Shadow Robot sagt, dass Sie die gesamten Kabel einer neuen Hand in der gleichen Zeit austauschen können, die Sie für den Austausch einer Hand benötigen würden Einzel Kabel auf die alte Hand.

Schattenroboter

Die neue Schattenhand selbst ist etwas größer als eine typische menschliche Hand und auch schwerer: Jeder modulare Finger wiegt 1,2 Kilogramm, und die gesamte dreifingrige Hand wiegt etwas mehr als 4 kg. Die Finger haben eine menschenähnliche Kinematik und jedes Gelenk kann sich um bis zu 180 Grad pro Sekunde bewegen, wobei an der Spitze jedes Fingers eine Kraft von mindestens 8 Newton ausgeübt werden kann. Kraftsteuerung und Positionssteuerung sind verfügbar, und die gesamte Hand läuft auf dem Robot Operating System, der Sammlung von Open-Source-Softwarebibliotheken und -Tools der Open Source Robotics Foundation.

Eine der coolsten neuen Funktionen dieser Hand ist die Berührungserkennung. Shadow Robot hat sich für den optischen Weg mit Fingerspitzensensoren wie GelSight entschieden. Jede Fingerspitze ist mit einem weichen, schwammigen Gel bedeckt, das Tausende eingebetteter Partikel enthält. Kameras in den Fingern hinter dem Gel verfolgen jedes dieser Partikel, und wenn die Fingerspitze etwas berührt, bewegen sich die Partikel. Anhand dieser Bewegung können die Fingerspitzen Größe und Richtung selbst sehr kleiner Kräfte sehr genau erkennen. Und es gibt noch mehr Sensoren in den Fingern, darunter integrierte Hall-Effekt-Sensoren, die bei Greif- und Manipulationsaufgaben Feedback geben.

Schattenroboter

Der auffälligste Unterschied besteht darin, dass diese neue Hand eine völlig andere Robotermanipulationsphilosophie für Shadow Robot darstellt. „Wir suchten nach Robustheit und Leistung im Verhältnis zu Anthropomorphismus, menschlicher Größe und Form“, sagt Rich Walker, Direktor der Shadow Robot Company. „Es gibt eine sehr präzise Designauswahl, um etwas zu erhalten, das sich wirklich viel mehr wie ein optimierter Manipulator verhält und nicht wie eine menschliche Hand.“

Walker erklärt, dass Shadow Robot derzeit zwei unterschiedliche Manipulationsansätze innerhalb der Robotik-Community sieht: Es gibt Nachahmungslernen, bei dem ein Mensch eine Aufgabe ausführt, dann versucht ein Roboter, die Aufgabe auf die gleiche Weise zu erledigen, und dann gibt es Verstärkungslernen, bei dem … Ein Roboter versucht herauszufinden, wie er die Aufgabe selbstständig bewältigen kann. „Offensichtlich wurde diese Hand von Grund auf so konzipiert, dass sie das verstärkende Lernen erleichtert.“

Auch die Hand war von Anfang an robust und reparierbar konzipiert, was sich deutlich auf den Formfaktor auswirkte. Um die Finger modular zu gestalten, müssen sie groß sein, und der Versuch, fünf davon in eine Hand zu stecken, war einfach nicht praktikabel. Aber dank dieser Modularität könnte Shadow Robot Ihnen eine Hand mit fünf Fingern machen, wenn Sie wirklich eine wollten. Oder eine zweifingrige Hand. Oder (und das ist ihr Vorschlag, nicht meiner) „eine Riesenspinne“. In Wirklichkeit lohnt es sich wahrscheinlich nicht, sich mit dem Formfaktor zu befassen. Konzentrieren Sie sich stattdessen auf das, was die Hand leisten kann. Tatsächlich sagt mir Shadow Robot, dass die beste Art, über die Hand im Zusammenhang mit Beweglichkeit nachzudenken, darin besteht, drei zu haben Zollnicht drei Finger, aber Walker sagt: „Wenn wir es so beschreiben, werden die Leute verwirrt.“

Es gibt definitiv immer noch einen Platz für die ursprüngliche anthropomorphe Schattenhand, und Shadow Robot hat nicht vor, dem ein Ende zu setzen. „Es ist klar, dass Anthropomorphismus für manche Menschen ein Deal Breaker ist, sie müssen ihn akzeptieren“, sagt Walker. „Aber für viele Leute ist die Idee, dass sie etwas haben könnten, das wirklich robust und geschickt ist und in der Lage ist, viele Daten zu sammeln, so aufregend, dass es sich lohnt, darüber nachzudenken: Okay, was können wir damit machen?“ ? „Wir sind sehr daran interessiert zu erfahren, was los ist.

Der Shadow New Hand ist ab sofort erhältlich und beginnt je nach Konfiguration bei etwa 74.000 US-Dollar.