Adaptive Compressive Tactile Subsampling: Enabling High Spatiotemporal Resolution in Scalable Robotic Skin

要約

ロボットは、人間と同様に、構造化されていない環境で安全かつ効果的に動作するために、全身の高解像度の触覚センシングを必要とし、反射的な応答と閉ループ制御を可能にします。
ただし、高触覚アレイの密集した大規模なカバレッジが100 Hz未満の読み出しレートを制限するために必要な高いピクセルカウントは、高速タスクでの使用を妨げます。
適応性のある圧縮触覚サブサンプリング（ACTS）を導入します。これは、まばらな回復と学習した触覚辞書を活用することにより、従来の触覚マトリックスの性能を劇的に向上させるスケーラブルでデータ駆動型の方法です。
1024ピクセルの触覚センサーアレイ（32×32）でテストされ、Actsは最大1,000 Hzまでのフレームレートを達成し、従来のラスタースキャンよりも18倍改善され、再構成エラーを最小限に抑えます。
ACTSは、高速結果を提供できるウェアラブル、大型エリア、高密度触覚センシングシステムを初めて可能にします。
触覚およびロボット工学アプリケーションで、接触、高速発射体検出、リコチェット角の推定、およびソフト変形追跡から20ミリ秒以内の迅速なオブジェクト分類を示します。これらはすべて、柔軟で高密度の触覚アレイを使用しています。
これらには、高解像度の触覚手袋、圧力インソール、およびロボットアームと人間サイズのマネキンを覆う全身構成が含まれます。
Actsは、標準、低コスト、および堅牢な触覚センサーを高速システムに変換し、オブジェクト操作から人間とロボットの相互作用に合わせてアプリケーションをサポートします。
ロボットとウェアラブルの包括的でスケーラブルで効率的な触覚カバレッジを可能にすることにより、ACTSは動的環境でのリアルで応答性のある適応可能な操作に向けてロボット工学を進めます。

要約(オリジナル)

Robots, like humans, require full-body, high-resolution tactile sensing to operate safely and effectively in unstructured environments, enabling reflexive responses and closed-loop control. However, the high pixel counts necessary for dense, large-area coverage limit readout rates of most tactile arrays to below 100 Hz, hindering their use in high-speed tasks. We introduce Adaptive Compressive Tactile Subsampling (ACTS), a scalable and data-driven method that dramatically enhances the performance of traditional tactile matrices by leveraging sparse recovery and a learned tactile dictionary. Tested on a 1024-pixel tactile sensor array (32X32), ACTS achieved frame rates up to 1,000 Hz, an 18X improvement over conventional raster scanning, with minimal reconstruction error. For the first time, ACTS enables wearable, large-area, high-density tactile sensing systems that can deliver high-speed results. We demonstrate rapid object classification within 20 ms of contact, high-speed projectile detection, ricochet angle estimation, and soft deformation tracking, in tactile and robotics applications, all using flexible, high-density tactile arrays. These include high-resolution tactile gloves, pressure insoles, and full-body configurations covering robotic arms and human-sized mannequins. ACTS transforms standard, low-cost, and robust tactile sensors into high-speed systems, supporting applications from object manipulation to human-robot interaction. By enabling comprehensive, scalable, and efficient tactile coverage for robots and wearables, ACTS advances robotics toward lifelike, responsive, and adaptable operation in dynamic environments.

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