Робота научили кормить людей с вилки
Американские инженеры создали инвалидное кресло с роботом, способным распознавать еду на тарелке, захватывать ее нужным образом и подносить ко рту человека. Авторы разработки считают, что в будущем система может пригодиться людям с нарушениями подвижности верхних конечностей. Разработка была представлена на конференции NeurIPS 2018, а ее описание доступно на сайте Вашингтонского университета.
Достаточно большое количество инженеров, работающих в области робототехники, разрабатывают устройства, предназначенные для людей с ограниченными возможностями. Многие из них создают экзоскелеты, компенсирующие потерю конечностей, а часть работает над созданием роботов, помогающих людям в бытовых ситуациях. К примеру, в прошлом году Toyota испытала робота, который умеет по команде приносить и протягивать бутылку с водой, а также нажимать кнопку, открывающую входную дверь в дом.
Сиддхартха Сриниваса (Siddhartha Srinivasa) и его коллеги из Вашингтонского университета создали робота, способного выполнять более сложную задачу — кормить человека фруктами и овощами. Доклад, представленный на конференции NeurIPS, пока не опубликован в открытом доступе, однако некоторые выводы об устройстве системы можно сделать по видеоролику и предыдущей статье авторов. Инженеры использовали двухсекционный робоманипулятор Kinova JACO с закрепленными на его конце захватом и камерой глубины. Он установлен на правой части инвалидного кресла, а на задней части располагается блок управления с аккумулятором, вычислительными модулями и датчиками. Во время работы роборука сначала захватывает вилку, которая обычно закреплена на левой части кресла, затем накалывает на нее фрукты или овощи, и подносит их ко рту человека.
Самыми сложными в разработке были два этапа работы манипулятора — надежный захват еды и удобное расположение вилки перед человеком. Перед захватом робоманипулятор направляет камеру на тарелку и распознает объекты на ней благодаря алгоритму, обученному распознаванию и классификации овощей и фруктов. После этого он выбирает нужную еду и подносит вилку. Разработчики оснастили манипулятор двумя датчиками смещения, которые сжимают вилку. Благодаря этому робот может с достаточно высокой точностью определять силу, с которой он вставляет вилку в еду. Кроме того, для надежного накалывания еды разработчики научили манипулятор по-разному обращаться с разными типами пищи. К примеру, поскольку кусок банана может легко соскользнуть с вилки, робот накалывает его под углом, а не вертикально.
После того, как робот захватил кусочек пищи, он начинает второй этап и подносит еду ко рту человека. Для этого используется алгоритм распознавания лица, который размечает на нем ключевые точки, в том числе и элементы рта. Благодаря тому, что робот отслеживает положение лица, он может подстраивать свое положение под движения человека. Также алгоритм управления был обучен подносить еду максимально удобным образом, с помощью тестов на реальных людях. Например, продолговатые овощи он подносит концом ко рту и под углом, а не вертикально. Инженеры опубликовали ролик, на котором можно видеть, как работали разные версии алгоритма и с какими проблемами пришлось столкнуться при разработке:
В 2016 году американская компания Desin представила серийного робота, который тоже умеет кормить людей с помощью манипулятора. Отличие нового робота от серийной разработки заключается в том, что она неспособна отслеживать положение человека, а также не умеет накалывать пищу, лишь зачерпывает ее в ложку.
Григорий Копиев
Пока лишь со скоростью 1,6 миллиметра в секунду
Американские инженеры разработали робота, способного автономно передвигаться в толще сыпучего материала, проталкивая себя вперед с помощью двух конечностей, напоминающих плавники. В испытаниях робот продемонстрировал способность передвигаться в песке на глубине около 127 миллиметров со скоростью до 1,6 миллиметра в секунду. Статья опубликована в журнале Advanced Intelligent Systems. Сыпучие материалы, такие как песок, мягкие почвы, снег или лунный реголит, представляют собой довольно сложную среду для передвижения. Объекты, движущиеся в их толще, испытывают высокое сопротивление, возрастающее с глубиной погружения. Кроме того, сыпучая среда ограничивает возможности зондирования и обнаружения препятствий. Тем не менее инженеры пытаются создать роботов, способных передвигаться в таких условиях. Например, американские разработчики представили прототип робочервя, способного двигаться в толще песка. Для снижения сопротивления он выдувает перед собой воздух, и одновременно разматывает мягкую оболочку своей передней части, выталкивая ее вперед, в то время как остальное тело остается неподвижным. Это позволяет значительно снизить сопротивление движению. Однако для его работы требуется воздух, который приходится подводить с поверхности. Создать робота, который смог бы передвигаться в песке автономно, решили инженеры под руководством Ника Гравиша (Nick Gravish) из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Разработанный ими робот перемещается, проталкивая себя вперед через толщу сыпучей среды с помощью двух гибких конечностей, напоминающих плавники морской черепахи. Конечности состоят из пяти звеньев. Каждое звено способно вращаться относительно предыдущего, но углы их отклонений ограничиваются с помощью фиксаторов. В движение оба плавника приводятся через червячную трансмиссию с помощью единственного электромотора. При этом трансмиссия воздействует только на первые ближайшие к корпусу звенья. Благодаря фиксаторам, ограничивающим углы поворотов звеньев, при движении вперед конечности изгибаются, испытывая меньшее сопротивление среды, а при движении назад наоборот, распрямляются, позволяя роботу отталкиваться от песка. На концах конечностей разработчики поместили сенсоры, с помощью которых робот может обнаруживать расположенные сверху объекты. Корпус робота длиной около 26 сантиметров имеет прямоугольное сечение и утолщение в передней части, которое позволяет снизить сопротивление песка при движении. Нос робота заострен и имеет наклонную поверхность сверху, которая необходима для компенсации подъемной силы, возникающей при движении в песке. С этой же целью по бокам после проведенных тестов пришлось разместить два дополнительных наклонных неподвижных плавника, так как робот имел тенденцию задирать нос при движении под действием выталкивающей силы. Чтобы избежать попадания песчинок в механизм, конечности поместили в чехлы из нейлоновой ткани. Разработчики протестировали робота, погруженного на глубину 127 миллиметров в песок, сначала в небольшом искусственном резервуаре, а после в естественных условиях в песке на пляже. В сухом песке робот смог развить скорость 1,6 миллиметра в секунду. В более влажном песке на пляже робот двигался медленнее, со скоростью около 0,57 миллиметра в секунду. В будущем инженеры планируют увеличить скорость передвижения робота, а также научить его самостоятельно погружаться в песок. Ранее мы рассказывали об исследовании, в котором физики выяснили, что происходит со структурой песка при передвижении по нему с помощью прыжков. Они обнаружили, что при правильно подобранном времени задержки между приземлениями и новым толчком, можно увеличить высоту прыжка на 20 процентов и даже больше.