敢讓機器人幫你刮鬍子嗎?發明家親自當白老鼠:全身都在抖

【我們為什麼挑選這篇文章】現在疫情趨緩了,大家紛紛開始願意到外出、剪髮,但你有想過在維持社交安全的情況下,也許給機器人理髮更安全?國外研究人員就開發了一個能夠遠程剪鬍子的機器人,讓我們來看看這驚奇的發明吧!(責任編輯:呂珈寧)

好不容易解禁後的你,現在敢去理髮店嗎?長髮已經及腰?鬍子長度已經可以堪比太乙真人了?如何在保持安全的社交距離的前提下,如何優雅地修理你的小鬍子,就成了當務之急。

國外研究人員就開發了一個能夠遠程剪鬍子的機器人,雖然聽起來有點不怎麼安全呢?而且,為了證明這個機器人的可操作性,現在在東北大學工作的機器人專家 John Peter Whitney 決定親自上陣,充當第一個「白老鼠」,我們先來看看效果如何:

是的,你沒有看錯,在這個過程中,Whitney 真!的!很!緊!張!在體驗了機器人刮鬍子之後,Whitney 也鬆了一口氣,成功「活下來」後,Whitney 表示,這其實也是他第一次被其他「人」用直式剃刀(straight razor)刮鬍子。

關於這個機器人的更多詳細訊息,在 ArXiv 上發表了更多資訊,歡迎點擊:
https://arxiv.org/abs/2004.01269

一個合格的機器人就應該學會刮鬍子

大家都知道,這些機器人專家對這些「歪門邪道」最有興趣了。

比如 “DRC” 和 “SubT” 這類挑戰已經幫助專家們大大推動了相關技術,但是在生活中,很多具體的問題對於機器人來說還是很難實現的,比如接住球、將釘子插入孔中,或使用剃刀刮某人的臉而無需理髮師給他們塗膠等。John Peter Whitney 這種專家,在他看來,機器人就應該掌握用剃刀刮鬍子這項技能。

最近,他在 RSS 研討會上作了一個關於 “Reacting to Contact” 的演講,主要內容就是基於直式剃刀的研究難度,對性能和可靠性的要求。他認為直剃刀對於機器人技術來說是一個有趣且有價值的問題。

說到這次用到的工具「直式剃刀」,它有點像安全剃刀(safety razor),只不過…不怎麼安全,人類理髮師用起來就足夠讓人心驚膽戰了,更不要說機器人。當利用直式剃刀的時候,刀子會緊緊貼近動脈這種地方,光是這點也足夠讓人擔憂了。

在上臉之前,Whitney 先用手臂進行了練習。

但這在 Whitney 看來都不是什麼問題,畢竟這個機器人也不是全自動的刮鬍機器人,不過這也可以視為朝著全自動機器人邁出的堅實的第一步,這就對 Whitney 開發的硬體的可靠度提出了更高的要求。

這個機器人能否在無人監督的情況下給別人刮鬍子呢?Whitney 解釋道,這與機器人技術中的大多數難題一樣,還需要大量的工作,「這包括兩個部分,一個是組件本身(軟體,電子產品等)的容錯能力,第二個是感知和計劃算法的質量。」

比如,在自動駕駛汽車上,這類汽車會產生類似或更大的風險,「要學習如何感知、解釋和適應,我們需要一個非常高傳真的問題模型或大量數據和/或經驗,在刮鬍子這一領域,兩者都非常缺乏 。」

他繼續類推道:「我認為這是自然而然的過程,人們從封閉道路上的自動駕駛玩具車開始,才能逐漸發展出載人的真正汽車。在機器人操縱方面,我們正開始離開『玩具車』階段,針對高後果的棘手問題可以大大推進我們對於機器人的操控能力。」

當然,Whitney 的最終目標比創建直式剃鬍刀機器人要更具有普遍意義,這是一個挑戰,過程中還包含了許多子目標,這些目標將為機器人技術的進步做出貢獻。

Whitney 正在開發中的特殊硬體系統,實際上是探索 MRI 兼容的遠程穿刺活檢的試驗台,他和他的學生正在與波士頓的布里格姆婦女醫院合作,以嘗試將這項技術應用於前列腺活檢和消融手術。他們還在探索如何將精緻的觸摸用作繪製環境以及定位的方法,尤其是在視覺效果不是很好的情況下。

Whitney 說:「這些特徵和行為對於必須與微妙而不確定的環境進行交互的應用程序尤為有趣,例如醫療機器人,輔助和康復機器人和外骨骼,以及多方遠程操作系統。」

做出這樣的機器人,要經歷什麼?

那麼,這個機器人是怎麼實現的呢。

首先,在系統設計與建模上,就需要考慮驅動和控制結構、機械設計和試驗台安裝和系統建模與識別,除此之外,力反饋控制也是不能忽視的一部分。

比如,在進行機械設計的時候,作為流體驅動系統內部流體壓力反饋的實驗台,研究團隊使用了一個滾動膜片驅動的二自由度夾持器。

每個執行機構是一個雙作用活塞密封低摩擦纖維彈性體滾動隔膜,兩個隔膜執行機構驅動獨立的手指,提供腕節和夾持夾道;傳輸的輸入端通過纖維增強橡膠軟管連接到單獨的直驅無刷電機(Akribis ACD120-80),而電機通過中引入的旋轉膜片執行器耦合。

該方法結合了軟流體執行器的低質量、低摩擦力和直接驅動 SEA 的可控性和性能。

流體壓力記錄使用模擬輸入 EtherCAT 終端與 16 位分辨率,美國數字公司製作最大分辨率為 10,000 脈衝/轉速(40,000 計數/轉速與正交)的臨時光學編碼器用在系統識別期間測量反驅動手指的位置。低級控制代碼使用簡單的 Open EtherCAT Master(SOEM)庫,主控制循環在一個隔離的 CPU 核心上以 2kHz 的速度運行。

在測試的時候,設備由流體執行器驅動,驅動器使用可完成初級到次級的力的傳導的水管。

其實早在芝加哥 IROS 2014,Whitney 就介紹了一種優雅的流體致動器系統,這些執行器使用包含流體(如空氣或水)的管,以非常有效的方式,基於流體的可壓縮性,將力從主機器人傳遞到次機器人,從而允許順從性或非常高傳真的力反饋。

一條龍服務:機器人理髮師不了解一下?

疫情期間的手工者們真是一點沒閒著,除了遠程刮鬍子外,剪頭髮什麼的都想好了,完全可以組一個「洗剪吹一條龍服務」。

7 月份的時候,這個用 iPad 為盲人做了一個導航系統的 YouTube 博主小哥 Shane Wighton 就腦洞大開,設計了一個剪頭髮的機器人。

在影片中,Wighton 就介紹到,這個剪頭髮機器人總共由三個部位組成:類似於人的手指,用來夾住要剪的頭髮;用來控制剪刀移動的部分;用來操作剪刀的部分。

整個機器正式運行的時候是這樣的,首先,位於上方的「吸盤」將頭髮吸起來,然後,機械手把吸起來的頭髮夾住,最後,「剪刀手」過來剪,聽起來…很輕鬆啊。

但說起來容易做起來難,為了剪出一個還算正常和均勻的髮型,Wighton 給機器人裝了一個環形滑軌。

但是還有一個問題,機器人怎麼知道你的頭在哪?Wighton 利用了深度攝影機,靠人臉識別結合深度數據來確定你的頭的位置。並且,為了保證系統的正常工作,Wighton 還設計了一個小按鈕,用來應對攝影機被遮住的場景,當這個開關碰到頭,機械臂就會自動往後退。

除此之外,在髮型設計上,Wighton 利用了 3D 建模,用顏色的深淺表示頭髮的長度,同時為了讓機器人知道剪髮的角度,比如劉海應該橫著剪,耳邊周圍的頭髮要沿著耳朵剪,Wighton 也在 3D 模型上進行了標註。

最後剪出來的效果…竟然還不錯??

不過最關鍵的問題是,不管是遠程刮鬍子還是自動理髮,當這項技術真的被普及的時候,你願意去嘗試一下嗎?

相關報導:
https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/robotics-hardware/remotely-operated-robot-takes-straight-razor-to-face-of-brave-roboticist

(本文經合作夥伴 大數據文摘 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈讓機器人給自己“刮鬍子”?這個美國小伙親自做了回小白鼠 〉。)

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