Braille-Sensor: Roboter liest Braille-Schrift schneller als ein Mensch
Ein Robotersensor kann Braille-Schrift erkennen. Mit ihm könnten in Zukunft hochempfindliche Roboterhände gebaut werden.
(Bild: University of Cambridge)
Ein Forschungsteam der britischen University of Cambridge hat einen Robotersensor mit hoher Empfindlichkeit entwickelt, der Braille-Schrift mithilfe KĂĽnstlicher Intelligenz (KI) in etwa doppelt so schnell lesen kann wie die meisten menschlichen Leser. Der Roboter erreicht eine hohe Lesegeschwindigkeit bei einer Genauigkeit von rund 90 Prozent.
Hinter der Entwicklung des Roboter-Braille-Lesers steckt die Entwicklung eines hochempfindlichen Sensors für Roboterhände oder Prothesen. Sie sollen eine Empfindlichkeit erreichen, die denen menschlicher Fingerspitzen entspricht. Zugleich dürfen die Sensoren nicht zu viel Rechenleistung benötigen und müssen energieeffizient arbeiten. Dies zu erreichen, ist eine große Herausforderung.
"Die Weichheit der menschlichen Fingerspitzen ist einer der Gründe, warum wir in der Lage sind, Dinge mit dem richtigen Maß an Druck zu greifen", sagt Parth Potdar vom Cambridge Department of Engineering und Student am Pembroke College. "Für die Robotik ist Weichheit eine nützliche Eigenschaft, aber man braucht auch viele Sensorinformationen, und es ist schwierig, beides gleichzeitig zu haben, vor allem, wenn man mit flexiblen oder verformbaren Oberflächen zu tun hat", umreißt er die Problemstellung.
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Der von den Forschern entwickelte Robotersensor zum Lesen von Braille-Schrift, den sie in der Studie "High-Speed Tactile Braille Reading via Biomimetic Sliding Interactions" vorstellen, die in IEEE Robotics and Automation Letters erschienen ist, verwendet eine Kamera, deren Bild mit Informationen von anderen Sensoren kombiniert wird. Dazu sei viel Bildverarbeitung nötig, sagt Potdar. Denn es müssen Bewegungsunschärfen entfernt werden, was zeit- und energieaufwendig ist.
Eine Frage der (Un-)Schärfe
Um dieses Problem zu lösen, entwickelten die Wissenschaftler Algorithmen für maschinelles Lernen, die die Bilder entschärfen, bevor der Sensor versucht, einen Buchstaben zu erkennen. Dazu trainierten sie den Algorithmus mit scharfen Bildern der Blindenschrift, denen die Forscher zuvor eine künstliche Unschärfe hinzugefügt hatten. Der Algorithmus erlernte, die Bilder mit den Buchstaben zu entschärfen. Danach wendeten die Forscher ein Computer-Vision-Modell auf die Bilder an, um die Zeichen zu erkennen und zu klassifizieren.
Die Algorithmen integrierten die Wissenschaftler schließlich in ein Lesegerät. Dieses schoben sie mit einem Roboterarm entlang einer Braillezeile, die Wörter in Braille-Schrift darstellen kann. Das Roboter-Lesegerät erzielte dabei eine Lesegeschwindigkeit von 315 Wörtern pro Minute. Die Lesegenauigkeit lag bei 87 Prozent. Dies ist doppelt so schnell bei etwa der gleichen Genauigkeit, wie sie ein menschlicher Braille-Leser erreichen kann.
Die Wissenschaftler waren selbst über die schnelle und hohe Erkennungsleistung überrascht, hatten sie doch zum Trainieren des Algorithmus lediglich falsche Unschärfe in den Bildern verwendet.
"Die Lesegeschwindigkeit der Braille-Schrift eignet sich hervorragend zur Messung der dynamischen Leistung von taktilen Sensorsystemen, sodass unsere Ergebnisse auch über die Braille-Schrift hinaus für Anwendungen wie die Erkennung von Oberflächentexturen oder Schlupf bei Robotermanipulationen anwendbar sein könnten", ist sich Potdar sicher.
Die Wissenschaftler wollen ihre Forschungen weiter fortführen. Ihr Ziel: Die Technik so zu verfeinern, dass sie auf die Größe einer Hand oder Haut für Roboter skaliert werden kann.
(olb)