Роботизированная рука, оснащенная щеткой для волос, помогает при чистке зубов и может быть полезна в учреждениях вспомогательного ухода.
Роботизированная рука оснащена сенсорной мягкой щеткой и камерой для изучения сложной природы манипулирования и расчесывания волокон волос. Предоставлено: Фото любезно предоставлено MIT CSAIL.
В условиях быстро растущего спроса на системы здравоохранения медсестры обычно тратят от 18 до 40 процентов своего времени на выполнение работы. прямые задачи по уходу за пациентом, часто для многих пациентов и с небольшим запасом времени. Роботы для личной гигиены, которые расчесывают волосы, могут оказать существенную помощь и облегчение.
Это может показаться действительно радикальной формой «ухода за собой», но хитрые роботы для таких вещей, как бритье, мытье волос и макияж, не новость. В 2011 году технический гигант Panasonic разработал робота, который мог мыть, массировать и даже сушить волосы феном, явно предназначенный для поддержки «безопасного и комфортного проживания пожилых людей и людей с ограниченной подвижностью, уменьшая при этом нагрузку на лиц, осуществляющих уход».
Однако боты для расчесывания волос оказались менее изученными, ведущие ученые из MITЛаборатория компьютерных наук и искусственного интеллекта (CSAIL) и Лаборатория мягкой математики Гарвардского университета разработали роботизированную руку с сенсорной мягкой щеткой. Робот оснащен камерой, которая помогает ему «видеть» и оценивать изгибы, поэтому он может планировать деликатную и экономичную по времени чистку зубов.
Стратегия контроля команды адаптируется к степени запутывания пучка волокон, и они проверили «РобоВиг», расчесывая парики от прямых до очень вьющихся волос.
В то время как аппаратная установка RoboWig выглядит футуристично и блестяще, основная модель волосяных волокон — вот что заставляет его работать. Постдоктор CSAIL Джози Хьюз и ее команда решили представить запутанные волосы в виде набора переплетенных двойных спиралей — подумайте о классике. ДНК пряди. Такой уровень детализации обеспечил понимание математических моделей и систем управления для управления пучками мягких волокон с широким спектром приложений в текстильной промышленности, уходе за животными и других волокнистых системах.
«Разрабатывая модель спутанных волокон, мы понимаем с точки зрения модели, как должны быть запутаны волосы: начиная снизу и медленно продвигаясь вверх, чтобы предотвратить« застревание »волокон», - говорит Хьюз, ведущий автор книги. статья о РобоВиге. «Это то, что каждый, кто причесывал волосы, извлек из своего опыта, но теперь это то, что мы можем продемонстрировать на модели и использовать для информирования робота».
Это сложная задача. Каждая шевелюра индивидуальна, и сложное взаимодействие между волосками при расчесывании может легко привести к образованию узлов. Более того, если использовать неправильную стратегию чистки, процесс может быть очень болезненным и повредить волосы.
Предыдущие исследования в области расчесывания в основном касались механических, динамических и визуальных свойств волос, в отличие от изысканного внимания RoboWig к спутыванию и расчесыванию.
Чтобы расчесывать волосы и манипулировать ими, исследователи добавили к руке робота сенсорную щетку с мягкой щетиной, чтобы можно было измерить силы во время чистки. Они объединили эту установку с так называемой «системой управления с обратной связью», которая принимает обратную связь от выхода и автоматически выполняет действие без вмешательства человека. Это создало «обратную связь по силе» от кисти - метод управления, который позволяет пользователю почувствовать, что делает устройство, - поэтому длину мазка можно оптимизировать, чтобы учесть как потенциальную «боль», так и время, необходимое для чистки.
Первоначальные испытания сохранили человеческую голову - на данный момент - и вместо этого были сделаны на ряде париков различных стилей и типов волос. Модель предоставила представление о поведении расчесывания, связанном с количеством запутываний, и о том, как их можно эффективно и эффективно расчесывать, выбирая подходящую длину расчесывания. Например, для более кудрявых волос стоимость боли будет преобладающей, поэтому более короткая длина кисти была оптимальной.
Команда хочет в конечном итоге провести более реалистичные эксперименты на людях, чтобы лучше понять характеристики робота по отношению к их переживанию боли - показатель, который, очевидно, очень субъективен, поскольку «двойка» одного человека может быть «восьмеркой» другого.
«Чтобы позволить роботам расширять свои способности к решению задач для решения более сложных задач, таких как чистка волос, нам нужно не только новое безопасное оборудование, но и понимание сложного поведения мягких волос и спутанных волокон», - говорит Хьюз. «В дополнение к расчесыванию волос, идеи, предоставляемые нашим подходом, могут быть применены к расчесыванию волокон для текстиля или волокон животного происхождения».
Хьюз написал статью вместе с аспирантами Школы инженерии и прикладных наук Гарвардского университета Томасом Болтоном Пламб-Рейесом и Николасом Чарльзом; Профессор Л. Махадеван из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук, факультет физики, органической и эволюционной биологии; профессор Массачусетского технологического института и директор CSAIL Даниэла Рус. Они представили документ практически на конференции IEEE по мягкой робототехнике (RoboSoft) в начале этого месяца.
Проект был частично поддержан программой Emerging Frontiers in Research and Innovation Национального научного фонда, созданной MIT CSAIL и Лабораторией мягкой математики в Гарварде.
