Histoire maxon

DEX-EE : La main robot la plus sensible et durable jamais créée

A human hands a rubik's cube to a robot hand, symbolizing innovation and advanced robotics. A man with long hair and a beard holds a robotic arm, showcasing a blend of human and technological innovation.

Lorsque Google DeepMind a souhaité une main robotique pour son dernier projet d'apprentissage automatique en intelligence artificielle, ils se sont tournés vers Shadow Robot. Cette dernière création n'est pas seulement l'une des mains robotiques les plus sensibles et habiles jamais conçues, mais elle est aussi suffisamment robuste pour résister aux chocs qui ont détruit les conceptions précédentes.

Tout au long de l'histoire de l'humanité, le rôle joué par les capacités de nos mains ne peut être sous-estimé. De la manipulation d’outils préhistoriques à la précision des chirurgiens modernes, cette dextérité repose sur un membre comprenant 27 os et plus de 30 muscles, guidés par peut-être l’organe le plus humain : le cerveau.

Cette complexité rend une main robotique extrêmement difficile à contrôler. Dans le domaine de la robotique, rien n'égale les compétences motrices fines requises pour saisir et manipuler des objets avec une vitesse et une force précises.

Pendant ce temps, des entreprises comme Google DeepMind repoussent les limites de l'intelligence artificielle (IA). Elles cherchent à comprendre ce que les machines peuvent apprendre pour élargir le spectre des possibilités pratiques et orienter la recherche. Lorsque Google DeepMind a voulu élargir l’apprentissage machine dans le domaine complexe des mains robotiques, ils ont découvert une vidéo montrant un modèle apprenant à résoudre un Rubik’s cube rapidement.

A robot playing chess, focused on the board as it strategizes its next move in the game.
A man in a black shirt assembles a robotic hand.
A man at a desk with two monitors, concentrating on his programming tasks.
A human hand is reaching up to a robotic arm, representing the different sizes.
A robotic hand holding a feather, showcasing advanced technology and precision in design.
A maxon's DCX16 motor
A robot playing chess, focused on the board as it strategizes its next move in the game.
A man in a black shirt assembles a robotic hand.

Le design unique de DEX-EE est une innovation clé,

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Une main robotique pour le monde réel

C'est le projet Shadow Hand de Shadow Robot, développé en partenariat avec OpenAI, qui a impressionné l'équipe de Google DeepMind. Mais ce nouveau projet exigeait quelque chose d'encore plus poussé.

Rich Walker, directeur de Shadow Robot, explique : « Google DeepMind voulait une main robotique capable d’apprendre sur des tâches du monde réel. La main devait être la plus habile et sensible jamais développée, mais contrairement à d'autres robots qu'ils avaient testés, elle devait survivre aux impacts impliqués dans des tâches pratiques difficiles. »

Google DeepMind a demandé un grand nombre de capteurs pour prioriser la collecte de données, alors Shadow Robot s'est mis à concevoir une main avec, comme le dit Rich, « beaucoup plus de capteurs que ce qui serait raisonnable dans tout autre contexte ».

L’objectif était de créer une main robotique avec une grande dextérité, sensibilité et robustesse pour des tâches d’apprentissage dans le monde réel, sans nécessairement imiter l'apparence d’une main humaine. Pour répondre à ces besoins, la conception repose sur trois doigts robustes et une main environ 50 % plus grande qu'une main humaine.

Le résultat est DEX-EE, une main robotique dotée de réseaux de capteurs à grande vitesse qui fournissent des données riches, notamment des mesures de position, de force et d'inertie. À cela s'ajoutent des centaines de canaux de détection tactile par doigt, optimisant la sensibilité à la pression à un niveau impressionnant, presque comparable à une main humaine.

Innovation dans le système d’entrainement 

Pour exercer un contrôle précis sur l'application de la force et actionner l'ensemble des articulations de la main, Shadow Robot devait s'appuyer sur un système d'entraînement très performant. L'une des principales innovations de DEX-EE réside dans sa conception unique : un système à tendons utilisant plusieurs moteurs par articulation, contrairement à l'approche typique d’un moteur par articulation.

Rich Walker, Directeur de Shadow Robot

« Les moteurs maxon ont une longue histoire de fabrication derrière eux, et leur expérience était cruciale pour les exigences imposées à DEX-EE »

Avec cinq moteurs actionnant quatre articulations sur chacun des trois doigts, cette approche élimine le jeu mécanique, ou “backlash”, qui peut se produire lorsque la direction du mouvement est inversée, pour optimiser le mouvement contrôlé. Grâce à un contrôle moteur précis, chaque articulation peut imiter un couple nul, donnant à DEX-EE une sensibilité de mouvement exquise et la capacité de manipuler des objets délicats sans risque.  

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Des solutions d'entraînement de 0.0002 à 120 Nm. L'environnement industriel devient plus rapide, plus précis et plus sûr. Cela impose des exigences élevées aux machines.

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Pour obtenir la fiabilité et les performances dont DEX-EE avait besoin, Shadow Robot s'est tourné vers son partenaire de système d'entraînement d'origine.

« Les moteurs maxon ont une longue histoire de fabrication derrière eux, et leur expérience était cruciale pour les exigences imposées à DEX-EE », explique Rich.  « C'était particulièrement le cas en ce qui concerne les exigences d'utilisation en conditions réelles que Google DeepMind recherchait. »

DEX-EE intègre 15 moteurs à courant continu DCX16 de maxon qui atteignent une densité de couple élevée nécessaire pour que la main robotique applique une force suffisante à travers les tendons. Cela permet à la main de se déplacer avec le dynamisme et la force nécessaires pour des actions telles que la préhension et le maintien. Parallèlement, les moteurs devaient être suffisamment compacts pour s'insérer dans les bases des doigts.

Le bobinage sans fer du moteur élimine également les à-coups, ou « cogging », une saccade relative générée par les conceptions traditionnelles à noyau en fer. Cela contribue à obtenir un mouvement fluide et contrôlé, indispensable pour que DEX-EE atteigne des niveaux de précision exigeants dans les tâches les plus délicates. Des tolérances élevées dans la conception et la fabrication ainsi que des matériaux de qualité assurent un fonctionnement silencieux et une durabilité accrue.

DEX-EE fait l'objet de tests approfondis

L'avenir des mains robotiques

Plus de 1 000 heures de tests ont validé la performance et la fiabilité de DEX-EE. Ces tests incluaient la simulation d’un processus appelé apprentissage par politique, où une IA explore comment accomplir efficacement une tâche en effectuant des mouvements aléatoires répétés, entraînant également un stress mécanique. L’équipe de Shadow Robot a également soumis DEX-EE à des tests d’impact et de choc intensifs impliquant des pistons et divers outils.

Google DeepMind a déjà publié des recherches mettant en avant les capacités de DEX-EE, y compris une vidéo démontrant la capacité de la main robotique à manipuler et brancher un connecteur dans un espace de travail confiné. Cet espace, suffisamment étroit pour provoquer des impacts lorsque la main bouge, met en évidence la robustesse de DEX-EE. La main robotique peut résister à des collisions répétées contre les parois de l’espace de travail tout en accomplissant la tâche avec succès. 

«Google DeepMind utilise DEX-EE comme une plateforme de recherche pour étudier l’apprentissage dans des environnements réels. La robustesse et la sensibilité de cette main lui permettent d’interagir avec des objets d’une manière qui endommagerait les robots traditionnels », explique Rich.

DEX-EE est désormais disponible comme plateforme de recherche pour un plus large éventail d’organisations. Bien que la création de Shadow Robot ait été développée pour approfondir notre compréhension de l’apprentissage automatique dans des contextes quotidiens, Rich Walker estime que la technologie des mains robotiques complexes sera de plus en plus intégrée dans la vie quotidienne à l’avenir. À mesure que cette technologie deviendra plus courante, le directeur de Shadow Robot prévoit que le terme « robot » pourrait progressivement disparaître, les dispositifs devenant partie intégrante de nos usages.

« À l’avenir, les personnes travaillant dans la robotique développeront des dispositifs que nous utiliserons tous les jours. À ce stade, nous ne les appellerons plus des "robots". Nos perceptions actuelles, aussi exaltantes soient-elles, laisseront place à une réalité où ces dispositifs seront bien plus utiles à l’humanité que nous ne l’avions imaginé au départ », explique-t-il.

Pour en savoir plus : https://www.shadowrobot.com/dex-ee/ 

Droits d'auteurs:
The Shadow Robot Company Ltd. Tous droits réservés

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