211service.com
En robothjälpande hand
En ny robot från Georgia Tech förstår kommandon som ges med ett enkelt verktyg: en färdig laserpekare. I en demonstrationsvideo snärtar en person som sitter tillbakalutad i en stol på en grön laser och tränar den på en trådlös telefon på golvet några meter bort. En tunn, fem fot-sju-tums robot som heter Elevated Engagement, eller förkortat El-E, fixar på telefonen, rullar över, tar tag i den och tar tillbaka den till användaren i en robotversion av apport.
Klar att hämta: Georgia Techs nya hemhjälpsrobot står på ungefär mänsklig höjd, med två kameraögon som kan komma in på platsen projicerade av en laserpekare. Dess ungefär två fot långa sensorutrustade arm kan sträcka sig ner till marken eller upp till bord för att plocka upp lätta föremål.
Medan sällskapsrobotar har tagit sig in i våra hem ett tag, från Furbys och Tamagotchis digitala husdjur till den terapeutiska Paro-sälen, är El-E ett steg närmare en automatiserad robot som kan till exempel städa upp ett helt hus eller diska. Många hinder kvarstår dock - inom områden som navigering, grepp och kommunikation.
El-E, byggd av Healthcare Robotics Lab vid Georgia Tech, är den första roboten som styrs av laserpekning, en metod som är mer exakt än mänskliga gester eller tal, som robotforskare har provat tidigare. Enligt projektets huvudutredare, Charles Kemp , tillvägagångssättet var delvis inspirerat av quadriplegics som kommunicerar med hjälpapor via laser. Det är ett peka-och-klicka-gränssnitt, säger Kemp. Användare riktar lasern mot vad de vill och sedan mot vart de vill att den ska gå: mot sig själva, mot en annan person eller på en annan yta.
Dessutom är El-E också den första roboten som autonomt hämtar objekt från ytor med varierande höjd i en omartad miljö. Även om robotar har sträckt sig efter föremål på bord och hyllor tidigare, behövde de alltid känna till layouten för en statisk miljö. El-E, däremot, kan arbeta i ett nytt rum utan karta och interagera med nya eller flyttade bord genom att använda sin egen inbyggda laser för att upptäcka ytor.
Multimedia
Se Georgia Techs nya El-E assistentrobot i aktion.
Kemps labb utvecklar roboten i samarbete med Julie Jacko, chef för Institute for Health Informatics och professor vid University of Minnesota, och Jonathan Glass, som leder ett center vid Emory som forskar om amyotrofisk lateralskleros, eller ALS (Lou Gehrigs sjukdom). ). Teamet använde flera färdiga komponenter för att bygga det mesta av boten och lade till det nya laserpekargränssnittet i spetsen. Den första delen av gränssnittet är en kamera kopplad till en hyperbolisk spegel som gör den rundstrålande så att den kan se alla föremål som är upplysta av pekaren. Roboten vrider sina två ögon – högupplösta kameror – tills de är vända mot den punkt som laserpekaren gör. Roboten triangulerar sedan information från kamerorna för att uppskatta objektets position i det tredimensionella rummet. När El-E har lokaliserat ett föremål, förklarar det dess framgång genom att säga ordet ding och rulla över till det.
Användningen av en laserpekare på El-E öppnar upp ett helt nytt sätt för människor att interagera med robotar, säger Andrew Ng , professor i datavetenskap vid Stanford University, som har följt Kemps arbete på nära håll. Jag tror att detta är ett sätt att interagera med robotar som kommer att visa sig användbart i många fler applikationer.
För att påbörja processen att plocka upp ett föremål använder El-E sin laseravståndsmätare för att ta reda på om föremålet är på golvet eller på en förhöjd yta. Om den är på golvet rör sig El-E mot objektet och sänker sin laseravståndsmätare för att skanna över golvet. Om objektet är förhöjt använder El-E avståndsmätaren för att identifiera kanten på ytan på bordet eller skrivbordet där objektet vilar. När den väl dockar med bordet, skannar El-E ytan och använder en kamera på handen för att titta ner och visuellt segmentera objektet, förutsatt att bordet har en enhetlig visuell struktur. Än så länge kan El-E korrekt välja ut ett objekt bland andra, så länge de är åtskilda. Teamet har ännu inte testat objekt som är klustrade eller överlappande.
Lättlärd: El-E kan hämta objekt som en människa indikerar med en handhållen laser. Här ger El-E sin skapare Charles Kemp en tyghandduk, traditionellt sett ett svårt föremål för robotar att plocka upp på grund av dess formbarhet. Med hjälp av visuella och taktila sensorer på sin arm och hand kan roboten greppa föremål som den inte har stött på tidigare.
Handgriparen går ner och orienterar sig på bästa sätt för att greppa föremålet, medan sensorer i fingertopparna hindrar handen från att antingen krossa föremålet eller låta det glida ur sitt grepp. Om El-E inte kan ta tag i objektet första gången det försöker, startar dess feedbacksystem för att omvärdera objektets position med laseravståndsmätaren och prova andra orienteringar med griparen. Att låta roboten veta att den har misslyckats och prova olika strategier förbättrar prestandan avsevärt, säger Kemp. Även om robotar kan utföra komplexa uppgifter i strikt kontrollerade miljöer som en bilfabrik, är oförutsägbara situationer och objekt just nu en robots bana. Tidigare har forskare låtit robotar memorera formen på föremål. För närvarande lär en mängd forskare robotar att identifiera nya objekt på olika sätt. Ngs trapprobot, till exempel, förlitar sig på maskininlärningstekniker, genom vilka det visas hur man plockar upp typer av objekt tills den så småningom utarbetar sina egna strategier. (Se din personliga robotassistent.)
Än så länge kan El-E plocka upp muggar, flaskor, telefoner och diskhanddukar (knepigt för robotar på grund av deras formlöshet). När El-E har fattat ett föremål uttalar den ett nyckfullt Bobs din farbror och följer lasern tillbaka till användaren eller till en angiven yta. Med hjälp av standardprogram för ansiktsdetektion proklamerar El-E Life-form upptäckt när den erbjuder objektet.
El-E är en mycket övertygande demonstration av vad som är möjligt idag, säger Josh Smith , en senior forskare vid Intel Research Seattle, som arbetar med robotgrepp. Han tillägger att El-E bara är början. Forskare måste fortfarande ta reda på hur robotar kan greppa mer komplext formade eller tyngre föremål, såväl som föremål i röriga miljöer eller lagrade bland många identiska föremål (gafflar i en låda, till exempel). Den fortsatta utvecklingen av robothämtning är väsentlig, säger Smith, eftersom det är en byggsten från vilken du kan bygga många andra personliga robotapplikationer och potentiellt även militära.
Jag tror att en dag i framtiden kommer hemrobotar att vara lika vanliga i våra hus som bilar är i vårt garage idag, och lika oumbärliga, säger Ng, som håller på att lära sin Stair-robot att mikrovågsugna en frusen burrito. Medan hårdvaran och maskineriet för att göra fullt fungerande robotassistenter finns, måste mjukvaran förbättras innan folk får robotar som städar i sina hus, säger Ng.
Bortsett från att göra vardagen lättare för människor skulle robothjälpare kunna låta äldre och de med motoriska funktionsnedsättningar leva mer självständigt. Till exempel kan El-E hämta en nedfallen receptflaska eller telefon – något som kan vara omöjligt för en person med allvarliga funktionshinder. Nästa steg för El-E är att arbeta med personer med ALS, en förödande neurodegenerativ sjukdom som allvarligt försämrar rörligheten. Det finns en enorm möjlighet att förbättra människors livskvalitet och påverka hälso- och sjukvården, säger Kemp. Pågående studier med Emory ALS-center i sommar kommer att testa El-E med ALS-patienter för att se om det framgångsrikt kan möta deras behov. Så småningom hoppas teamet på att ha El-E flickljusbrytare och öppna dörrar.