配备发刷的机械臂有助于完成刷牙任务，并可能成为辅助护理环境中的一项资产。
机械臂装置配备有感应软刷，并在相机的帮助下研究操纵和梳理头发纤维的复杂性质。 图片由麻省理工学院 CSAIL 提供
随着对医疗保健系统的需求迅速增长，护士通常将 18% 到 40% 的时间用于执行任务 直接的病人护理任务，通常对于许多患者来说，而且几乎没有空闲时间。 刷头发的个人护理机器人可以提供大量帮助和缓解。
这似乎是一种真正激进的“自我保健”形式，但用于剃须、洗头和化妆等事情的狡猾机器人并不新鲜。 2011 年，科技巨头松下开发了一款可以洗头、按摩甚至吹干头发的机器人，明确旨在帮助支持“老年人和行动不便者的安全舒适生活，同时减轻护理人员的负担”。
然而，事实证明，梳理头发的机器人的探索较少，来自 麻省理工学院简介的计算机科学与人工智能实验室 (CSAIL) 和哈佛大学的软数学实验室开发了一种带有感应软刷的机械臂装置。 该机器人配备了一个摄像头，可以帮助它“看到”并评估卷曲度，因此它可以计划一个精致且省时的刷毛。
该团队的控制策略适应于纤维束的缠结程度，他们通过梳理从直发到非常卷发的假发，对“RoboWig”进行了测试。
虽然 RoboWig 的硬件设置看起来充满未来感和光泽，但头发纤维的底层模型才是让它运转的原因。 CSAIL 博士后 Josie Hughes 和她的团队选择将缠结的头发表示为一组缠绕在一起的双螺旋——认为经典 的DNA 股。 这种粒度水平为处理软纤维束的数学模型和控制系统提供了关键见解，在纺织工业、动物护理和其他纤维系统中具有广泛的应用。
“通过开发缠结纤维模型，我们从基于模型的角度了解毛发必须如何缠结：从底部开始，然后慢慢向上，以防止纤维‘堵塞’，”该研究的主要作者 Hughes 说。一篇关于 RoboWig 的论文。 “这是每个梳过头发的人都从经验中学到的东西，但现在我们可以通过模型展示出来，并用来告知机器人。”
手头的这项任务是一项复杂的任务。 每根头发都不一样，梳理时头发之间错综复杂的相互作用很容易导致打结。 更重要的是，如果使用了不正确的梳理策略，这个过程可能会非常痛苦并且会损坏头发。
之前在梳理领域的研究主要集中在头发的机械、动态和视觉特性上，而不是 RoboWig 对缠结和梳理行为的精细关注。
为了梳理和操作头发，研究人员在机器人手臂上添加了一个软毛感应刷，以测量刷牙过程中的力。 他们将此设置与称为“闭环控制系统”的东西结合起来，该系统从输出中获取反馈并自动执行操作而无需人工干预。 这从刷子产生了“力反馈”——一种让用户感受设备正在做什么的控制方法——因此可以优化笔画的长度，以考虑潜在的“疼痛”和刷牙所用的时间。
最初的测试保留了人头——目前——而是在许多不同发型和类型的假发上进行。 该模型提供了对梳理行为的洞察，与缠结的数量有关，以及如何通过选择适当的梳理长度来有效地刷掉这些行为。 例如，对于卷发，疼痛成本占主导地位，因此较短的刷子长度是最佳选择。
该团队希望最终对人类进行更真实的实验，以更好地了解机器人在疼痛体验方面的表现——这一指标显然是高度主观的，因为一个人的“二”可能是另一个人的“八”。
“为了让机器人将其任务解决能力扩展到更复杂的任务，例如刷头发，我们不仅需要新颖的安全硬件，还需要了解柔软头发和缠结纤维的复杂行为，”休斯说。 “除了刷毛之外，我们的方法提供的见解还可以应用于纺织品纤维或动物纤维的刷毛。”
Hughes 与哈佛大学工程与应用科学学院的博士生 Thomas Bolton Plumb-Reyes 和 Nicholas Charles 一起撰写了这篇论文； 哈佛大学工程与应用科学学院物理与有机与进化生物学系L. Mahadevan教授； 麻省理工学院教授兼 CSAIL 主任 Daniela Rus。 他们在本月早些时候的 IEEE 软机器人会议 (RoboSoft) 上以虚拟方式展示了这篇论文。
该项目部分得到了美国国家科学基金会在麻省理工学院 CSAIL 和哈佛大学软数学实验室之间的研究与创新新兴前沿项目的支持。
