Роботизована рука, оснащена щіткою для волосся, допомагає розчісувати волосся та може бути корисною в умовах допоміжного догляду.
Роботизована рука оснащена сенсорною м’якою щіткою та камерою для вивчення складної природи маніпулювання та розчісування волокон волосся. Авторство: фото надано MIT CSAIL
Оскільки вимоги до систем охорони здоров’я швидко зростають, медсестри зазвичай витрачають від 18 до 40 відсотків свого часу на безпосередні завдання по догляду за хворими, часто для багатьох пацієнтів і з невеликим запасом часу. Роботи для особистого догляду, які розчісують волосся, можуть надати суттєву допомогу та полегшення.
Це може здатися справді радикальною формою «догляду за собою», але хитрі роботи для таких речей, як гоління, миття волосся та макіяж, не є чимось новим. У 2011 році технологічний гігант Panasonic розробив робота, який міг мити, масажувати та навіть сушити волосся феном, спеціально створеного для підтримки «безпечного та комфортного життя людей похилого віку та людей з обмеженою мобільністю, одночасно зменшуючи навантаження на доглядальників».
Роботи для розчісування волосся, однак, виявилися менш вивченими, провідні вчені з MITЛабораторія комп’ютерних наук і штучного інтелекту (CSAIL) і Лабораторія м’якої математики Гарвардського університету розробляють роботу-руку з сенсорною м’якою щіткою. Робот оснащений камерою, яка допомагає йому «бачити» та оцінювати кучерявість, тож він може планувати делікатне та швидке розчісування.
Стратегія контролю команди адаптується до ступеня заплутування пучка волокон, і вони випробовують «RoboWig», розчісуючи перуки від прямого до дуже кучерявого волосся.
У той час як апаратне забезпечення RoboWig виглядає футуристично та блискуче, основна модель волосяних волокон робить його ефективним. Постдок CSAIL Джозі Хьюз та її команда вирішили представити сплутане волосся як набори переплетених подвійних спіралей — подумайте про класику ДНК пасма. Цей рівень деталізації дав ключове розуміння математичних моделей і систем керування для маніпулювання пучками м’яких волокон із широким спектром застосувань у текстильній промисловості, догляді за тваринами та інших волокнистих системах.
«Розробляючи модель сплутаних волокон, ми розуміємо з точки зору моделі, як волоски повинні бути заплутані: починаючи знизу й повільно просуваючись угору, щоб запобігти «застряганню» волокон», — говорить Хьюз, провідний автор дослідження. стаття про RoboWig. «Це те, що кожен, хто має розчесане волосся, навчився з досвіду, але тепер це те, що ми можемо продемонструвати на моделі та використовувати для інформування робота».
Це завдання є заплутаним. Кожна шевелюра різна, і складна взаємодія між волосками під час розчісування може легко призвести до вузлів. Більш того, якщо використовується неправильна стратегія розчісування, процес може бути дуже болючим і завдати шкоди волоссю.
Попередні дослідження в області розчісування здебільшого стосувалися механічних, динамічних і візуальних властивостей волосся, на відміну від уточненого фокусу RoboWig на сплутуванні та розчісуванні.
Щоб розчісувати волосся та маніпулювати ним, дослідники додали сенсорну щітку з м’якою щетиною до руки робота, щоб можна було вимірювати сили під час розчісування. Вони об’єднали цю установку з чимось, що називається «системою керування замкнутим циклом», яка приймає зворотний зв’язок із вихідного сигналу та автоматично виконує дію без втручання людини. Це створило «силовий зворотний зв’язок» від щітки — метод керування, який дозволяє користувачеві відчути, що робить пристрій — тож довжину руху можна було оптимізувати, враховуючи як потенційний «біль», так і час, витрачений на чищення.
Початкові випробування зберегли людську голову — на даний момент — натомість були проведені на кількох перуках різних стилів і типів волосся. Модель надала уявлення про поведінку розчісування, пов’язану з кількістю заплутань, і те, як їх можна ефективно та результативно розчесати, вибравши відповідну довжину розчісування. Наприклад, для кучерявого волосся вартість болю домінувала б, тому коротша довжина щітки була оптимальною.
Команда хоче врешті-решт провести більш реалістичні експерименти на людях, щоб краще зрозуміти продуктивність робота щодо їх відчуття болю — показник, який, очевидно, є дуже суб’єктивним, оскільки «двійка» однієї людини може бути «вісімкою» іншої.
«Щоб дозволити роботам розширити свої можливості вирішення завдань до складніших завдань, таких як розчісування волосся, нам потрібне не лише нове безпечне обладнання, але й розуміння складної поведінки м’якого волосся та сплутаних волокон», — говорить Хьюз. «Крім розчісування волосся, знання, отримані завдяки нашому підходу, можна застосувати до розчісування волокон для текстилю або волокон тваринного походження».
Хьюз написав цю статтю разом із аспірантами Школи інженерії та прикладних наук Гарвардського університету Томасом Болтоном Пламб-Рейєсом і Ніколасом Чарльзом; Професор Л. Махадеван з Гарвардської школи інженерії та прикладних наук, факультет фізики, організмової та еволюційної біології; і професор MIT і директор CSAIL Даніела Рус. Вони представили документ віртуально на IEEE Conference on Soft Robotics (RoboSoft) на початку цього місяця.
Проект був частково підтриманий програмою Національного наукового фонду Emerging Frontiers in Research and Innovation між MIT CSAIL і Soft Math Lab у Гарварді.
