美國(guó)密蘇里科技大學(xué)機(jī)械和航空航天工程系助理教授Yun Seong Song博士和他的互動(dòng)機(jī)器人Ophrie
美國(guó)密蘇里科技大學(xué)(MissouriS&T)研究人員的一項(xiàng)新研究顯示,人類(lèi)受試者在與機(jī)器人向?qū)y手行走時(shí),如何在行走過(guò)程中的不同時(shí)間內(nèi)僵硬或放松手臂。研究人員對(duì)這些動(dòng)作的分析可以幫助設(shè)計(jì)出更智能、更像人類(lèi)的機(jī)器人向?qū)Ш椭帧?/p>
密蘇里科技大學(xué)的研究人員在最近發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》雜志上的一篇論文中寫(xiě)道:"這項(xiàng)工作首次測(cè)量和分析了機(jī)器人引導(dǎo)者和人類(lèi)跟隨者之間地面物理互動(dòng)過(guò)程中的人類(lèi)手臂僵硬度?!?/p>
首席研究員,密蘇里科技大學(xué)機(jī)械和航空航天工程助理教授Yun Seong Song博士,將這些發(fā)現(xiàn)描述為 "開(kāi)發(fā)一個(gè)在與人類(lèi)伙伴進(jìn)行物理互動(dòng)時(shí)與人類(lèi)相似的機(jī)器人的早期步驟"。
"這與擁有能夠與我們無(wú)縫互動(dòng)的輔助機(jī)器人的想法有關(guān)。"Song說(shuō)。
人類(lèi)在執(zhí)行某些任務(wù)時(shí),經(jīng)常在沒(méi)有語(yǔ)言交流,甚至沒(méi)有視覺(jué)提示的情況下進(jìn)行互動(dòng),比如一個(gè)人幫助另一個(gè)人走路,或者一對(duì)夫婦跳華爾茲。在他們的《科學(xué)報(bào)告》論文中,研究人員描述了當(dāng)機(jī)器人向?qū)а刂齻€(gè)不同的軌跡與人類(lèi)一起行走時(shí)產(chǎn)生的作用力。
Song說(shuō):"乍一看,身體互動(dòng)是一項(xiàng)動(dòng)態(tài)任務(wù),力量交換由互動(dòng)者的被動(dòng)屬性決定。但如果你研究一下人類(lèi)是如何處理身體互動(dòng)的,你就會(huì)意識(shí)到,必須不斷地處理信息和決策,以推斷對(duì)方的意圖。揭示發(fā)生這種情況的機(jī)制將有助于我們?cè)O(shè)計(jì)出能夠與人類(lèi)伙伴無(wú)縫互動(dòng)的未來(lái)機(jī)器人?!?/p>
Song說(shuō):"即使沒(méi)有明確的共同目標(biāo),兩個(gè)人類(lèi)伙伴也可以通過(guò)身體互動(dòng)來(lái)完成協(xié)作任務(wù)。"Song和他的密蘇里科技大學(xué)研究人員,心理科學(xué)副教授Devin Burns博士和Sambad Regmi博士,后者于2022年5月獲得密蘇里科技大學(xué)博士學(xué)位。" Burns幫助設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并 "嚴(yán)格解釋數(shù)據(jù)",同時(shí)共同指導(dǎo)Regmi。
(a) 地面PHRI實(shí)驗(yàn)裝置示意圖(俯視圖)。AB、BC、BD/BG、DE/GH和EF/HI的水平長(zhǎng)度分別為1.5米、3.95米、1.25米、1.85米和0.85米。D和G(因此F和I)相距0.5米。(b) 一名研究人員手持機(jī)器人手柄,在試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)演示姿勢(shì)。資料來(lái)源:《科學(xué)報(bào)告》(2022)。DOI: 10.1038/s41598-022-23496-z
研究人員使用他們最近開(kāi)發(fā)的交互式機(jī)器人Ophrie,模擬了一項(xiàng)引導(dǎo)式行走任務(wù),要求人類(lèi)受試者在握住機(jī)器人手臂上的把手時(shí)閉上眼睛。Ophrie是Overground Physical Human Robot Interaction的縮寫(xiě),它被編程為在行走的前1.5米(大約5英尺)內(nèi)按直線軌跡移動(dòng),然后向左或向右偏離或繼續(xù)直線軌跡。受試者被期望對(duì)通過(guò)手柄傳遞的觸覺(jué)提示做出反應(yīng),以感知機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。
密蘇里科技大學(xué)的研究人員在行走過(guò)程中的兩個(gè)點(diǎn)測(cè)量了手臂的僵硬程度:一是當(dāng)機(jī)器人可以采取三種不同的軌跡之一時(shí),此時(shí)人類(lèi)受試者對(duì)路徑的確定性較低;二是在行走結(jié)束時(shí),受試者對(duì)機(jī)器人的路徑更加確定。
研究人員寫(xiě)道:"我們觀察到,在機(jī)器人即將出現(xiàn)的軌跡未知的時(shí)刻,手臂的僵硬程度比它可預(yù)測(cè)的時(shí)刻要低。這提出了 "在地面物理互動(dòng)過(guò)程中,為了更好地進(jìn)行運(yùn)動(dòng)交流而進(jìn)行手臂硬度調(diào)節(jié)的第一個(gè)證據(jù)?!?/p>
10名20多歲的人類(lèi)受試者參加了這些實(shí)驗(yàn)。10人中有9人是男性,1人是左撇子,沒(méi)有人報(bào)告任何神經(jīng)系統(tǒng)疾病。
Song說(shuō):"了解人類(lèi)和機(jī)器人之間的這種互動(dòng)可以導(dǎo)致機(jī)器人設(shè)計(jì)的改進(jìn)?;?dòng)式機(jī)器人助手可用于老年人護(hù)理、物理治療和其他領(lǐng)域。"
Song說(shuō):"就像人類(lèi)的伙伴一樣,這些機(jī)器人將幫助建筑工人搬運(yùn)貨物,或者幫助有行動(dòng)問(wèn)題的老人從臥室走到廚房。我們希望這些機(jī)器人的性能有效,使用和溝通直觀,互動(dòng)安全,同時(shí)與人類(lèi)伙伴保持身體接觸。"
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