Le robot humanoïde NEO développe une "main agile" : comment la main devient-elle une API pour entrer dans le monde physique ?

Source : 1X Technologies

Organisé par : Felix, PANews

Le 10 juillet, la société de robots humanoïdes 1X Technologies a lancé la nouvelle génération de main mécanique à entraînement par tendon pour le robot humanoïde NEO, dotée de 25 degrés de liberté (DOF), atteignant une agilité, une force, une sécurité et une fiabilité proches de celles des humains.

Cet article, basé sur la présentation officielle de 1X Technologies, vous offre un aperçu détaillé de cette main mécanique.

La main mécanique vise à briser le plafond des capacités matérielles des robots humanoïdes, faisant des données le seul obstacle à l'amélioration des performances des robots. En atteignant ou en dépassant les performances de la main humaine dans des dimensions clés, elle garantit que les modèles d'IA ne sont plus limités par l'agilité. Le robot NEO peut désormais exécuter presque toutes les tâches que les mains humaines peuvent accomplir, avec la précision, l'adaptabilité et la douceur requises dans des environnements réels.

Le robot humanoïde est un ordinateur dont les mains servent d'API.

Le modèle, la pile de perception et les jambes déterminent le degré de contact du robot avec le monde. Les mains, quant à elles, déterminent ce qu'il peut faire, ce qu'il peut percevoir et ce que tout développeur peut créer en se basant sur cela. Un robot humanoïde équipé de pinces à deux doigts ne montre aux développeurs que trois actions : saisir, placer, pousser. Chaque application écrite sur cette plateforme est une combinaison de ces trois actions. Le plafond des capacités ne se trouve pas dans le logiciel, mais à l'extrémité des bras.

Expérimenter le monde par le bout des doigts.

En observant une personne face à un objet inconnu, vous remarquerez qu'elle le presse pour en sentir la dureté, glisse ses doigts pour percevoir la texture, pèse son poids, en dessine le contour pour juger de sa forme, le presse et le relâche pour en apprécier l'élasticité. Le toucher n'est pas une transmission passive d'informations comme une caméra ; c'est une expérience. La main pose des questions avec force et reçoit des réponses par les articulations qui posent ces questions. C'est ainsi que les humains comprennent les objets, et c'est ainsi que nous apprenons à manipuler dès notre plus jeune âge, à travers des millions d'explorations.

Cela signifie que la main n'est pas un exécuteur fixé à l'extrémité d'un système de perception, mais qu'elle constitue elle-même un système de perception, un outil. La qualité de cet outil est déterminée par l'ensemble du système. Poser des questions nécessite un contrôle de force précis. Lire les réponses nécessite une rétroaction et une transparence de la force, afin que le retour d'information puisse circuler par le mécanisme de transmission, et non stagner dans le dispositif de transmission. Poser des questions nécessite des degrés de liberté et de la précision. Ressentir les subtilités nécessite une peau. Capturer rapidement les réponses nécessite une bande passante. Et des millions d'explorations nécessitent de la robustesse, car explorer, c'est entrer en contact, et le contact entraîne inévitablement de l'usure.

Les articulations elles-mêmes sont des capteurs.

La plupart des mains robotiques sont des dispositifs en lecture seule. Vous donnez un ordre de position, et la main se déplace là-bas, mais ne renvoie aucune information significative. La raison en est le dispositif de transmission : avec des rapports de réduction courants de 100:1 et 200:1, la friction absorbe la force de contact avant qu'elle n'atteigne le moteur. Comme les articulations de la main n'ont pas de sensation, les concepteurs doivent installer des capteurs externes et déduire ce qui se passe au bout des doigts, comme si l'on prenait une photo d'une main insensible avec une caméra.

Les mains du NEO sont à la fois lisibles et écrites. Elles ont été développées par une équipe d'ingénieurs de premier plan à partir de zéro, fonctionnant avec des actionneurs à entraînement par tendon 1X à un rapport de réduction faible d'environ 5:1 à 15:1. Tous les 25 degrés de liberté (22 degrés de liberté entièrement motorisés pour les doigts et la paume, plus 3 degrés de liberté pour le poignet) possèdent une fonction de contrôle de force native et peuvent être complètement rétroaction. En pressant les doigts, ils réagissent et rapportent avec précision la force que vous appliquez. La force s'écoule vers l'extérieur, et l'information circule vers l'intérieur par le même chemin physique. C'est ce qu'on appelle la transparence de la force, qui peut transformer la poussée en mesure.

Il existe également un mécanisme plus subtil qui fonctionne en parallèle : la proprioception. Comme chaque articulation est en boucle fermée, même sans regarder, la main peut toujours percevoir sa propre posture, tout comme les doigts peuvent se toucher les uns les autres les yeux fermés. La posture, combinée à la force, est toujours réalisée à travers les mêmes 25 articulations.

25 façons de poser des questions.

Que peuvent apporter 25 degrés de liberté de détection de force ? Pas pour les articulations elles-mêmes, mais pour une série d'actions de préhension et de façons de poser des questions. La répartition des degrés de liberté est plus importante que leur nombre : la manière dont NEO répartit ses degrés de liberté est conforme à l'anatomie humaine et privilégie un pouce véritablement opposable. Cette architecture vise à réaliser le meilleur équilibre entre la capacité opérationnelle du robot et la fabrication, le contrôle et la maintenance réels.

Ces nouvelles mains mécaniques peuvent atteindre, voire dépasser, le niveau humain en matière de manipulation fine. NEO peut assembler des briques LEGO, sortir des vis et des pièces de monnaie d'un portefeuille, tourner et installer des ampoules, utiliser un tournevis, faire pivoter des objets dans ses mains, tirer sur la fermeture d'un manteau, trier des raisins par couleur, verser du thé d'une bouilloire, attraper une balle molle, insérer un chargeur USB-C, prendre un verre, essuyer des surfaces avec un mouchoir et un spray, communiquer en langue des signes, et bien plus encore.

Ces mains mécaniques, dotées de 25 degrés de liberté, possèdent un indice de protection IP68 et répondent aux normes de sécurité alimentaire, permettant à NEO de se laver les mains comme un humain. Le couple maximal au niveau de l'articulation du pouce peut atteindre 3,5 Nm, le couple maximal au niveau de l'articulation des doigts peut atteindre 2,6 Nm, et la force de flexion à l'extrémité peut atteindre 45 N. Le couple de l'articulation du poignet peut atteindre 17,75 Nm. Cela permet à la main mécanique d'effectuer des préhensions complètes, d'utiliser des outils, de soulever et de transporter, d'ouvrir des portes, de pousser des chariots chargés et de pincer avec précision sous charge, tout en maintenant une flexibilité totale. Avec une précision de positionnement de ±0,2 mm, elles peuvent travailler dans de petits espaces (et percevoir des objets).

Le dernier demi-millimètre.

La peau augmente les canaux d'information. Les données tactiles sont une image. Elles possèdent une plage dynamique, une résolution, des canaux et un champ de vision. Les mains sont équipées de capteurs tactiles riches et haute résolution au bout des doigts et sur la surface, capables de mesurer la force normale, la position de contact et la force de cisaillement. Cela permet à NEO de détecter quand un objet commence à glisser et de réagir en temps réel. Les visualisations montrent les vecteurs normaux de la surface de contact, les cartes thermiques de pression lors d'une poignée de main, et des préhensions délicates de papiers fragiles sans causer de dommages.

La conception de la peau fonctionne en synergie avec les capteurs internes et les tendons qui l'accompagnent. C'est un matériau fonctionnel, et non décoratif. Comme la vision seule ne suffit pas pour accomplir de nombreuses tâches (en particulier lors de la manipulation d'objets petits, transparents, déformables ou cachés), ce retour tactile est essentiel pour une opération intelligente adaptative.

De plus, ces mains mécaniques sont conçues pour une utilisation continue, maintenant leurs performances même après des millions de cycles d'interaction. La fiabilité est intégrée dans la conception de chaque sous-système et composant : le câblage des tendons, les roulements, la structure des doigts, le câblage des câbles, l'intégration tactile, les composants électroniques et le processus d'assemblage. Les composants et les ensembles de doigts complets ont subi des millions de cycles de test, et les unités d'entraînement ont été testées à des températures extrêmes, tandis que les articulations du poignet ont été validées pour leur fiabilité après plus de 2 millions de cycles sous charge.

L'ensemble de la main répond à la norme IP68, garantissant ainsi la sécurité : un rapport de réduction très faible, associé à un entraînement par tendon et une faible inertie terminale, permet de rétroaction sécurisée des doigts même en cas de choc externe. Des vidéos au ralenti montrent que la main réagit lorsqu'elle est frappée, frappée, coincée dans un tiroir fermé ou heurtée contre de la mousse.

Le matériel derrière tout cela.

Les performances de l'API dépendent de sa couche physique. Les moteurs sont situés dans l'avant-bras, qui est la zone où se trouve la majeure partie de la force de préhension humaine, et sont entraînés par des tendons dédiés au poignet. C'est ainsi que la main légère peut générer une telle puissance tout en maintenant une température suffisamment basse pour un fonctionnement continu.

La main mécanique intègre étroitement des moteurs développés en interne, des composants électroniques sur mesure, des capteurs embarqués, un système de tendons dédié, des dispositifs de transmission compacts et un firmware spécifique à la main. Cette intégration verticale profonde permet une itération rapide et des améliorations cumulatives. Chaque appareil, des matériaux des tendons et des moteurs 1X aux polymères souples finaux, à la peau et aux composants tactiles, est entièrement réalisé en interne. Cette année, 10 000 mains mécaniques pourront être produites.

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