MIT-Entwickler: Ultraschall-Armband trainiert humanoide Roboter in menschlichen Handfertigkeiten

Im vergangenen Jahr entwickelten Forscher an der University of California San Diego ein tragbares KI-System, das Armgesten präzise interpretiert und Roboter steuert, selbst bei Laufen, Fahrzeugbewegungen oder rauer Seebedingungen.

Das Armband lehrt Roboter: Damit Roboter empfindliche Aufgaben mit menschenähnlicher Präzision ausführen können, müssen sie zunächst die komplexen Bewegungen der menschlichen Hand verstehen.

Forscher haben nun ein tragbares Ultraschall-Armband entwickelt, das diese Lücke überbrücken könnte, indem es detaillierte Aktivität der Haut erfasst und in robotische Bewegungen umwandelt. Die Erfassung eine zentrale Herausforderung in Bereichen wie Robotik und räumlichem Computing dar.

Was die Studie zeigt

Bestehende Lösungen weisen erhebliche Einschränkungen auf: Kamerasysteme haben Schwierigkeiten mit eingeschränkten Blickwinkeln und visuellen Hindernissen, während tragbare Geräte, die auf Dehnungssensoren, Trägheitssensoren oder Elektromyographie basieren, oft die Bewegungsfreiheit einschränken oder nicht über die notwendige Auflösung verfügen, um kontinuierliche Fingerbewegungen präzise zu erfassen, wie in der Studie des Forschungsteams dargelegt wird.

Das neue Armband baut auf einer Reihe Ultraschalltechnologie der letzten Jahre auf. Die Forscher haben die Fähigkeiten über das reine Gestensteuern und die Robotik hinaus erweitert. Im Jahr 2022 zeigten Wissenschaftler ein tragbares Ultraschallgerät, das in der Lage ist, mehrere innere Organe kontinuierlich zu überwachen.

Anschließend folgten Entwicklungen tragbarer Systeme zur kontinuierlichen Herzabbildung und zur Überwachung des Blasenvolumens.

Sicherheitslage und Risiko

Im Jahr 2024 präsentierten Forscher einen konformen Ultraschall-Patch, der den Blutfluss im Gehirn dreidimensional verfolgen kann, sowie ein integriertes tragbares Ultraschallsystem, das mit einem einzigen Schallkopf tiefgewebige Aktivitäten mit submillimetergenauer Auflösung überwacht.

Kürzlich wurden flexible, wegwerfbare Ultraschall-Patches entwickelt, um die Herstellungskosten zu senken. Nun haben Forscher, die angeführt werden, in einer neuen Studie ein tragbares Ultraschall-Abbildungs-Armband vorgestellt, das beliebige Handkonfigurationen verfolgen kann.

Das Gerät nutzt hochfrequente Schallwellen, um Muskeln, Sehnen und Bänder im Handgelenk abzubilden und so einen detaillierten Einblick in die Mechanismen zu gewinnen, die die Handbewegungen steuern. Entschlüsselung menschlicher Hände: Das Armband könnte Robotern eine menschenähnliche Handfertigkeit ermöglichen, indem es die Bewegungen der Haut erfasst.

Technik und Auswirkungen

Das Gerät integriert ein drahtloses Ultraschallbildgebungssystem mit 256 Kanälen, das hochfrequente Schallwellen verwendet, um die im Handgelenk befindlichen Strukturen zu überwachen, die für die Steuerung sind. Die Ultraschalldaten werden –ResNet-KI-Modell verarbeitet, das subtile Muskelaktivitäten interpretieren kann.

Das System verfolgt kontinuierlich alle 22 Freiheitsgrade der menschlichen Hand und erfasst den gesamten Bewegungsumfang der Gelenke, der es Fingern und Handballen ermöglicht, sich zu beugen, zu rotieren und komplexe Aktionen zu koordinieren.

Die Erreichung dieses Tracking-Niveaus stellt seit langem eine Herausforderung für Technologien zur Erfassung, wie AP News berichtete. In Laborversuchen mit acht Freiwilligen reproduzierte das Armband Handgesten mit hoher Genauigkeit und geringer Latenz und spiegelte Bewegungen innerhalb von 120 Millisekunden wider.

Was die Studie zeigt

Die Forscher zeigten die Fähigkeit des Systems, alle 26 Buchstaben der American Sign Language zu erkennen, was seine Präzision bei der Erfassung komplexer Fingerkonfigurationen unterstreicht. Da das Armband kabellos funktioniert, können Benutzer robotische Systeme aus der Ferne steuern, ohne physisch verbunden zu sein oder sich im selben Raum zu befinden.

Um ihre Fähigkeiten zu demonstrieren, nutzte das Team die Technologie, um dreidimensionale Objekte in der virtuellen Realität zu manipulieren und eine robotische Hand zum Spielen des Klaviers zu steuern. Jenseits der Fernsteuerung glauben Forscher, dass das System zur Erzeugung groß angelegter Datensätze menschlicher Handbewegungen eingesetzt werden könnte.

Dies würde wertvolle Trainingsdaten für zukünftige humanoide Roboter liefern und ihnen helfen, komplexe Manipulationsfähigkeiten autonomer zu erlernen.