Ученые-робототехники из Университета Карнеги-Меллона (CMU) – частного исследовательского центра в Питтсбурге (США) – создали роботизированное устройство, призванное эффективно помочь с одеванием людям с ограниченными возможностями. Об этом сообщает официальный сайт CMU. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Большинство людей воспринимают одежду как нечто само собой разумеющееся. Но данные Национального центра статистики здравоохранения США показывают, что 92% американцев, живущих в домах престарелых, и большое число пациентов с инвалидностью, нуждаются в помощи других людей, чтобы одеться. Исследователи из Института робототехники (RI) CMU видят будущее, в котором роботы смогут помочь решить эту проблему.
«Некоторые разработки в области одевания с помощью роботов существуют, но они изначально предполагают одевание лишь с ограниченным диапазоном вариантов поз рук и с использованием какого-то одного фиксированного предмета одежды, например, больничного халата», – отметил Юфэй Ван, научный сотрудник RI, который еще со студенческих времен работает над созданием роботизированной системой одевания.
Ван и его коллеги из RI CMU задались целью создания универсальной системы, хорошо приспособленной для большого разнообразия повседневной одежды и различных двигательных функций. Представленная ими роботизированная система одевания использует возможности искусственного интеллекта (ИИ) для адаптации к различным формам человеческого тела, позам рук и видам одежды.
Исследователи использовали симуляцию, чтобы четко и безошибочно научить ИИ робота манипулировать одеждой. Помимо этого, пришлось тщательно учитывать свойства материала одежды при переносе стратегии, полученной в симуляции, в реальный мир.
«На этапе моделирования мы намеренно делали упор на рандомизированные разнообразные свойства одежды, чтобы ИИ робота сформировал грамотную стратегию одевания, охватывая широкий спектр атрибутов материала», – пояснил Чжани Сунь, студент магистратуры RI, который также работал над проектом.
При дальнейшей разработке своей системы исследователям пришлось решать еще несколько проблем. Во-первых, одежда по своей природе деформируется, поэтому роботу сложно воспринимать одежду целиком и предсказывать, как она будет двигаться в процессе одевания.
«Одежда отличается от жестких объектов, которые позволяют четко оценить их свойства, поэтому нам пришлось рассчитать и использовать многомерные модели для деформируемых объектов, чтобы робот смог точно воспринимать текущее состояние одежды и то, как она взаимодействует с рукой человека. Вариант, который мы применили, называется «сегментированным облаком точек» и представляет видимые части одежды в виде набора ключевых точек, на оценку состояния которых ориентирован ИИ робота», -указал Ван.
Безопасное взаимодействие человека и робота также имело решающее значение. Было важно добиться, чтобы робот избегал как приложения чрезмерной силы к руке человека, так и любых других действий, которые могли вызвать дискомфорт или поставить под угрозу безопасность человека.
В конечном итоге исследовательская группа RI оценила свою роботизированную систему переодевания путем тестирования на реальных людях, в ходе которого было проведено 510 процедур на 17 участниках-добровольцах с разными формами тела, позами рук и пятью типами предметов одежды. Большинству участников тестирования система смогла полностью натянуть рукав каждого предмета одежды на руку. При усреднении по всем тестовым случаям система покрывала 86% длины рук участников.
В будущем группа разработчиков робота-«одевальщика» намерена расширить возможности существующей системы – в частности, сделав ее способной надевать куртку сразу на обе руки человека или натягивать футболку через голову, – и изучить более продвинутые навыки роботизированного манипулирования, такие как застегивание пуговиц и молний. Все эти задачи требуют более сложного моделирования и реализации.
По мере продвижения работы исследователи намерены проводить наблюдательные исследования в учреждениях престарелых, чтобы получить представление о разнообразных потребностях людей и улучшениях, которые необходимо внести в их нынешнюю систему помощи в одевании.