不靠視覺靠力覺,喬治亞理工學院團隊使機器人自學幫助人類穿衣

由於損傷、疾病和年邁的困擾,超過一百萬的美國人每日都需要別人幫忙才能穿上衣服。機器人有潛力幫助解決這一難題,但是人類的身體有其複雜性。

為了幫助老人和病人解決穿衣難題,佐治亞理工學院研究團隊成功地使機器人將病服套在人類的一條手臂上。幫忙穿衣時,機器人並沒有使用“眼睛”,而是通過感知它進行穿衣操作時所感受到的力度,其中的操作包含將衣袖套到手臂上,繞過手肘,將衣服蓋在肩膀上。

不靠視覺靠力覺,佐治亞理工學院團隊使機器人自學幫助人類穿衣

機器人為人類穿衣

完成幫助人類穿衣操作的機器人,是一臺 PR2機器人。PR2 (Personal Robot 2, 個人機器人2)是威樓加拉吉生產的機器人。它的前身是斯坦福研究生埃裡克·伯格和基南·威羅拜克開發的PR1機器人。PR2價格高昂,現主要用於研究。

這臺PR2機器人,通過分析將近11,000個機器人將衣服套到人類手臂上的仿真例子,在一天之內,自己學會了該操作。在仿真實驗過程中,有些穿衣動作是非常完美的。其它的一些嘗試則非常失敗,有一些操作力度對人類是非常危險的。

通過這些次仿真實驗,PR2機器人的神經網絡學會了預測作用於人體的力度。在一定程度上,仿真使機器人感受到如何進行穿衣操作才能被人類所接受。

“人類就是在試驗和犯錯過程中學習新技能,我們給了PR2機器人一樣的機會”研究團隊成員扎克里·埃裡克森說道,“在人類身上做成千上萬次試驗是非常危險的,何況效率也會非常低。但是使用仿真的方法情況就非常不同了,僅僅用了一天時間,機器人就瞭解了在不同操作情況下幫人穿衣時人體的感受”。

通過仿真,機器人學會了預測以不同的動作進行穿衣操作時可能出現的結果:一些動作使衣服繃的特別緊,很難穿上身,而一些動作卻能使人非常流暢地伸進衣袖。進而機器人可以根據這些知識來選擇能夠幫人舒適穿進衣袖的動作。

不靠視覺靠力覺,佐治亞理工學院團隊使機器人自學幫助人類穿衣

科研人員正在做準備工作

仿真試驗成功結束後,這臺PR2機器人開始嘗試為真正的人類穿衣。參與者坐在機器人前面,機器人將衣服套在了他們臂膀上。該機器人並不是依靠視覺進行操作,而是依靠在仿真中瞭解到的合適的力度,從而通過觸覺感知來操作。

“關鍵之處在於機器人能夠預測”,佐治亞理工學院副教授查理·坎普說“它會問自己‘如果我以這種方式幫人穿衣,人會感覺舒適嗎?如果我以另一種方式操作呢?’”

研究者通過設置使機器人在計劃下一步動作時能夠預測到未來的五分之一秒。如果不能達到這個速度,機器人的操作會容易失敗。

“機器人對我們人類瞭解的越多,它就能更好地幫助我們,”坎普說,“機器人通過預測它的動作所能產生的影響,機器人就能夠為人類提供更安全、更舒適、更有效的幫助。”

該機器人目前能夠將衣服穿在人的一條手臂上,整個過程大概要花費10秒鐘時間。研究團隊稱要使機器人完成幫人類穿衣的整套工作,未來還有許多研究工作要做。(來源:EurekAlert 編譯:吉寧)


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