ロボットセンシング

視覚センシングシステムは、カメラ、ソナー、レーザー、無線周波数識別（RFID）^{[ 1 ]}技術の使用を含むさまざまな技術と方法に基づいて構築できます。これら4つの方法はすべて、センシング、推定、マッチングの3つの手順を目指しています。

画像品質は、優れたロボットビジョンを必要とするアプリケーションにおいて重要です。異なるスペクトルと異なる焦点の画像を融合するために使用されるウェーブレット変換に基づくアルゴリズムは、画像品質を向上させます。^{[ 2 ]}ロボットは、結果として得られる改善された画像からより正確な情報を取得できます。

視覚センサーは、ロボットが周囲の環境を認識し、適切な行動をとるのに役立ちます。^{[ 3 ]}ロボットは、視覚センサーからのデータ入力に基づいて、周囲の環境の画像を分析します。その結果は、理想的な画像、中間画像、または最終画像と比較され、中間目標または最終目標に到達するための適切な動きや行動が決定されます。

触覚センサー信号は、ロボット自身の動きによって生成されることがあります。正確な動作のためには、外部の触覚信号のみを識別することが重要です。従来のソリューションでは、定常であると仮定される信号統計の事前知識に依存するウィーナーフィルターが使用されていました。最近のソリューションでは、ロボットのロジックに適応フィルターを適用しています。 ^{[ 4 ]}これにより、ロボットは内部の動きから生じるセンサー信号を予測し、これらの誤った信号を除外することができます。この新しい方法は、接触検出を改善し、誤った解釈を減らします。

^{[ 30 ]} タッチパターンにより、ロボットはインタラクティブなアプリケーションで人間の感情を解釈できるようになります。力、接触時間、繰り返し、接触面積の変化という 4 つの測定可能な特徴により、時間遅延を考慮して、時間決定木分類器を介してタッチパターンを効果的に分類し、最大 83% の精度で人間の感情と関連付けることができます。 ^{[ 5 ]}一貫性インデックス^{[ 5 ]}は、システムの信頼度を評価して一貫性のない反応を防ぐために、最後に適用されます。

ロボットは、水道管などの過酷な環境下で表面の形状をマッピングするために、タッチ信号を使用します。従来は、あらかじめ決められた経路がロボットにプログラムされていました。現在では、タッチセンサーの統合により、ロボットはまずランダムなデータポイントを取得し、ロボットのアルゴリズム^{[ 6 ]が}、あらかじめ定義された一連の幾何学的プリミティブに従って、次の測定の理想的な位置を決定します。これにより、効率が42%向上します。^{[ 5 ]}

近年、触覚を刺激として相互作用に用いる研究が盛んに行われている。2010年には、触覚を含む人間との相互作用からの多くの刺激に反応するロボットアザラシPAROが開発された。このような人間とロボットの相互作用による治療効果はまだ研究中であるが、非常に良好な結果を示している。^{[ 31 ]}

高精度なオーディオセンサーには、内部ノイズの低減が求められます。従来、オーディオセンサーは音響アレイとマイクロホンを組み合わせて内部ノイズレベルを低減していました。最近のソリューションでは、圧電素子も組み込まれています。^{[ 7 ]}これらの受動素子は圧電効果を利用して力を電圧に変換し、内部ノイズの原因となる振動を除去することができます。平均して、約7 dBまで内部ノイズを低減できます。^{[ 7 ]}

ロボットは、迷走ノイズを音声指示として解釈する可能性がある。現在の音声活動検出（VAD）システムは、複素スペクトル円中心（CSCC）法と最大信号対雑音比（SNR）ビームフォーマーを使用している。^{[ 32 ]}人間は通常、会話中に相手を見るため、2つのマイクを備えたVADシステムでは、ロボットが2つのマイクの信号強度を比較することで指示音声の位置を特定できる。現在のシステムは、テレビや側面から来る音響機器によって発生する背景ノイズに対処できる。

ロボットは、私たちの話し方やそれに関連する特徴や特性を通して感情を認識できます。一般的に、感情を特徴付けるために音響的特徴と言語的特徴が使用されます。7つの音響的特徴と4つの言語的特徴の組み合わせは、1つの特徴セットのみを使用する場合と比較して認識性能を向上させます。^{[ 33 ]}

自動ロボットは、タスクを実行するための理想的な経路を決定するためにガイダンスシステムを必要とします。しかし、分子スケールでは、個々の分子は複雑な動きやプログラムを記憶できないため、ナノロボットにはそのようなガイダンスシステムが欠けています。したがって、そのような環境で動きを実現する唯一の方法は、センサーを化学反応に置き換えることです。現在、1つのストレプトアビジン分子を不活性ボディとして、3つの触媒脚を持つ分子スパイダーは、さまざまなDNAオリガミに遭遇すると、開始、追跡、方向転換、停止することができます。^{[ 8 ]} DNAベースのナノロボットは、 3 nm/分の速度で100 nm以上移動できます 。^{[ 8 ]}

TSI手術は、センサーの接触面における分布圧力を測定することで腫瘍や癌の可能性を特定する効果的な方法ですが、過剰な力を加えると損傷を与え、組織を破壊する可能性があります。ロボット制御を適用して理想的な手術経路を決定することで、人間の医師と比較して最大力を35%削減し、精度を50%向上させることができます^{[ 9 ]}。

効率的なロボット探査は時間とリソースを節約します。効率は最適性と競争力によって測定されます。最適な境界探査は、ロボットが正方形のセンシング領域を持ち、境界から開始し、マンハッタン距離を使用する場合にのみ可能です。^{[ 10 ]}複雑な形状や設定では、正方形のセンシング領域の方が効率的で、メトリックや開始点に関係なく、より高い競争力を達成できます。^{[ 10 ]}