소닉붐(SonicBoom) 감지 시스템 개발
새로운 접근 방식을 통해 자율 로봇이 소리를 통해 가시나무 농장 환경을 탐색할 수 있습니다.
농업용 로봇은 특히 기온이 계속 상승하는 혹독한 환경 조건에서 농부들이 식량을 수확하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 그러나 식물의 두꺼운 가지와 줄기 사이를 우아하고 정확하게 이동할 수 있는 저렴한 로봇 팔을 만드는 것은 쉽지 않습니다.
Robotic Arm “Feels” Using Sound
https://spectrum.ieee.org/farm-robots-sound-based-sensing
최근 연구에서 연구진은 소닉붐(SonicBoom)이라는 감지 시스템을 개발했습니다 . 이 시스템은 자율 로봇이 소리를 사용하여 접촉하는 물체를 감지할 수 있도록 합니다. 센티미터 수준의 정밀도로 물체의 위치를 정확하게 파악하거나 "느낄" 수 있는 이 접근 방식은 6월 2일 IEEE Robotics and Automation Letters 에 게재된 연구에 기술되어 있습니다 .
문영(마크) 리는카네기 멜론 대학교 로봇공학 연구소 박사 과정 5학년생으로, 소닉붐 개발에 참여했습니다. 그는 현재 많은 자율 로봇이 소형 카메라 기반 촉각 센서 에 의존하고 있다고 지적합니다 . 이 센서는 표면을 감싸는 보호 젤 팩 아래에 소형 카메라를 장착하여 젤의 변형을 시각적으로 예측하여 촉각 정보를 얻습니다. 그러나 이러한 접근 방식은 나뭇가지가 시각 센서를 가릴 가능성이 높은 농업 환경에서는 적합하지 않습니다. 더욱이 카메라 기반 센서는 가격이 비싸고 이러한 환경에서는 쉽게 손상될 수 있습니다.
또 다른 옵션으로 압력 센서가 있다고 Lee는 지적하지만, 이 센서는 로봇이 나뭇가지와 접촉할 때 효과적으로 감지하기 위해 로봇 표면의 상당 부분을 덮어야 합니다. " 그런 종류의 센서로 로봇 팔 표면 전체를 덮는다고 생각해 보세요. 비용이 많이 들겠죠."라고 그는 말합니다.
대신, Lee와 그의 동료들은 소리에 의존하여 감지하는 완전히 다른 접근법을 제안하고 있습니다. 이 시스템은 물리적 접촉을 고체 물질을 통해 전파되는 소리 신호로 감지하는 접촉 마이크 배열을 포함합니다 .
로봇 팔이 나뭇가지에 닿으 면 , 그 결과로 발생하는 음파가 로봇 팔을 따라 이동하여 접촉 마이크 배열에 도달합니다. 마이크 배열 전반에 걸친 음파 특성(신호 강도 및 위상 등)의 미세한 차이를 이용하여 소리의 발생 지점과 접촉 지점을 파악합니다.
Lee는 이 접근 방식을 통해 마이크를 로봇 팔 깊숙이 내장할 수 있다고 언급합니다. 즉, 로봇 팔 외부에 있는 기존 시각 센서에 비해 손상 가능성이 적습니다. "접촉 마이크는 매우 거칠고 마모성이 강한 접촉으로부터 쉽게 보호할 수 있습니다."라고 그는 설명합니다.
또한 이 접근 방식은 로봇 팔을 훨씬 더 빽빽하게 덮고 있는 여러 개의 시각 센서나 압력 센서 대신, 로봇 팔 전체에 분산된 소수의 마이크를 사용합니다.
소닉붐이 접촉 지점을 더 정확하게 파악할 수 있도록 , 연구진은 나무 막대로 로봇 팔을 18,000회 이상 두드려 수집한 데이터를 기반으로 훈련된 AI 모델을 사용했습니다. 그 결과, 소닉붐은 감지하도록 훈련된 물체에 대해 로봇 팔의 접촉 지점을 단 0.43cm의 오차율로 감지할 수 있었습니다. 또한 플라스틱이나 알루미늄과 같은 새로운 물체를 감지할 경우, 오차율은 2.22cm에 불과했습니다.
이후 출판이 보류된 연구에서 Lee와 그의 동료들은 새로운 데이터를 사용하여 SonicBoom을 훈련시켜 어떤 종류의 물체 ( 예: 잎, 나뭇가지, 줄기) 를 마주쳤는지 식별하도록 하고 있습니다.
"SonicBoom을 사용하면 눈을 감고 두드려서 [접촉]이 어디에서 일어나는지 알 수 있지만, 결국 로봇에게 가장 중요한 정보는 '계속 밀 수 있을까? 아니면 강한 줄기에 부딪히고 있어서 팔을 어떻게 움직여야 할지 다시 생각해야 할까?'입니다."라고 그는 설명합니다.
주목할 점은 SonicBoom이 아직 실제 농업 환경에서 테스트되지 않았다는 것입니다.
CMU Robotics | SonicBoom: Contact Localization Using Array of Microphones
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